JP7277634B2 - Broadband satellite communication system using optical feeder links - Google Patents

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Description

開示される技術は、広帯域衛星通信システムのリンクに関し、より具体的には、衛星アクセスノードと衛星との間の広帯域通信のために光リンクを使用した衛星に関する。 TECHNICAL FIELD The disclosed technology relates to broadband satellite communication system links, and more particularly to satellites using optical links for broadband communication between satellite access nodes and satellites.

衛星通信システムは、オーディオ、ビデオ、及び様々な他の種類のデータを含めて、データをある場所から別の場所へと通信することができる手段を提供する。このような衛星通信システムの使用は、広帯域通信への需要が高まるにつれて普及してきた。これに合わせて、各衛星でのより大きな容量への需要が高まっている。 Satellite communication systems provide the means by which data, including audio, video, and various other types of data, can be communicated from one location to another. The use of such satellite communication systems has become prevalent as the demand for broadband communications has increased. Correspondingly, there is a growing demand for greater capacity on each satellite.

衛星システムでは、情報は、本明細書において衛星アクセスノード(SAN)と称する地球局(いくつかの事例では地上局であるが、空中局、海上局などもあり得る)から発信され、衛星まで送信される。いくつかの実施形態では、衛星は静止衛星である。静止衛星は、地球の回転に同期する軌道を有しており、それにより、衛星は地球に対して本質的に静止した状態を維持している。あるいは、衛星は、衛星がその軌道経路に沿って移動すると、衛星のフットプリントが地球の表面の上を移動することになる、地球を回る軌道内にある。 In satellite systems, information originates from an earth station (in some cases a ground station, but could also be an air station, a sea station, etc.), referred to herein as a satellite access node (SAN), and is transmitted to a satellite. be done. In some embodiments the satellite is a geostationary satellite. A geostationary satellite has an orbit that is synchronous with the rotation of the earth so that the satellite remains essentially stationary with respect to the earth. Alternatively, the satellite is in orbit around the earth such that as the satellite moves along its orbital path, the footprint of the satellite moves over the surface of the earth.

衛星によって受信された情報は、地上の利用者ビームカバレッジエリアに再送信され、第2の地球局(利用者端末など)によって受信される。通信は、一方向性(例えば、SANから利用者端末へ)にするか、又は双方向性(即ち、SANと利用者端末の両方で発信され、衛星を介して他方に至る経路を通過する)のいずれかにすることができる。比較的多数のSAN及びスポットビームを提供し、衛星が同一周波数でいくつかの異なるSANと通信することを可能にする周波数再利用計画を確立することにより、システムの容量を増やすことができる可能性がある。利用者スポットビームは、信号を特定の利用者カバレッジエリアに向けるアンテナパターンである(例えば、複数の給電部が共通の反射器を照射するマルチビームアンテナであり、それぞれの給電部が異なるスポットビームを生成する)。しかしながら、それぞれのSANを構築し、維持するには高額な費用がかかる。そのため、少数のこのようなSANで高い容量を提供できる技術を見つけることが望まれる。 Information received by the satellite is retransmitted to the user beam coverage area on the ground and received by a second earth station (such as a user terminal). Communication can be unidirectional (e.g., SAN to user terminal) or bidirectional (i.e., originating at both SAN and user terminal and traversing a path to the other via satellite). can be either Possibility of increasing system capacity by providing a relatively large number of SANs and spot beams and establishing frequency reuse plans that allow satellites to communicate with several different SANs on the same frequency. There is A user spot beam is an antenna pattern that directs a signal to a specific user coverage area (e.g., a multibeam antenna with multiple feeds illuminating a common reflector, each feeding a different spot beam). generate). However, building and maintaining each SAN is expensive. Therefore, it is desirable to find a technology that can provide high capacity with a small number of such SANs.

更に、衛星通信システムの容量が増加すると、様々な問題が発生する。例えば、スポットビームは周波数再利用の増加(ひいては容量の増加)を可能にする一方、スポットビームは、容量の実際の需要に対して良好な一致をもたらさず、いくつかのスポットビームは過剰に予約され、他のスポットビームは過小に予約されることがある。容量の増加はまた、結果としてフィーダリンク帯域幅の需要を増加させる傾向もある。一方、フィーダリンクに割り当てられた帯域幅は、利用者リンクに使用可能な帯域幅を減少させることがある。これに合わせて、高容量広帯域衛星システムを提供するための改良された技術が望まれる。 Moreover, as the capacity of satellite communication systems increases, various problems arise. For example, while spot beams allow for increased frequency reuse (and thus increased capacity), spot beams do not provide a good match to the actual demand for capacity, and some spot beams are over-reserved. and other spot beams may be under-reserved. Increased capacity also tends to result in increased demand for feeder link bandwidth. On the other hand, the bandwidth allocated to feeder links may reduce the bandwidth available to customer links. Accordingly, improved techniques for providing high capacity broadband satellite systems are desired.

開示される技術は、1つ又は2つ以上の様々な実施形態により、以下の図を参照して説明されている。図面は、単に例示の目的で提供され、開示される技術のいくつかの実施形態の単なる実施例を表すに過ぎない。これらの図面は、開示される技術の読者の理解を容易にするために提供される。これらの図面は、特許請求される発明の広さ、範囲、又は適用性を限定するものと見なすべきではない。明確にするために、及び例示を容易にするために、これらの図面は、必ずしも一定の比率ではないことに留意されたい。 The disclosed technology is described in accordance with one or more of the various embodiments and with reference to the following figures. The drawings are provided for purposes of illustration only and represent merely examples of some embodiments of the disclosed technology. These drawings are provided to facilitate the reader's understanding of the disclosed technology. These drawings should not be considered as limiting the breadth, scope, or applicability of the claimed invention. Note that these drawings are not necessarily to scale for clarity and ease of illustration.

衛星と通信するために無線周波数信号を使用し、高容量システムを作成するために比較的多数の衛星アクセスノード(「SAN」、「ゲートウェイ」とも称される)を有する、衛星通信システムの実施例の説明図である。An embodiment of a satellite communication system that uses radio frequency signals to communicate with satellites and has a relatively large number of satellite access nodes (“SANs”, also called “gateways”) to create a high capacity system. is an explanatory diagram of .

RF信号を使用してSANと通信する簡略化した衛星の説明図である。1 is an illustration of a simplified satellite communicating with a SAN using RF signals; FIG.

往路リンク上で使用される中継器の実施例の簡略化した説明図である。1 is a simplified illustration of an embodiment of a repeater used on a forward link; FIG.

フィーダリンク上で通信するために光リンクが使用されている、3つのシステムアーキテクチャのうちの第1のアーキテクチャの実施例の簡略化した概略図である。1 is a simplified schematic diagram of an example of a first of three system architectures in which optical links are used to communicate over feeder links; FIG.

いくつかの実施形態においてシステムによって使用されるIF信号、光チャネル、及び光帯域の関係の実施例を示す。4 shows an example of the relationship between IF signals, optical channels, and optical bands used by the system in some embodiments.

光信号上へのバイナリデータストリームの光変調を行うために使用される光送信機の実施例を示す。Fig. 2 shows an embodiment of an optical transmitter used to optically modulate a binary data stream onto an optical signal;

図4のシステムの復路の実施例の説明図である。FIG. 5 is an illustration of an embodiment of the return path of the system of FIG. 4;

フィーダリンク上で通信するために光リンクが使用されている、第3のシステムアーキテクチャの実施例の簡略化した概略図である。FIG. 4 is a simplified schematic diagram of a third system architecture embodiment in which an optical link is used to communicate over the feeder link;

図8のシステム内でのサブチャネルと、搬送波と、光信号との間の関係の実施例の説明図である。9 is an illustration of an example relationship between subchannels, carriers, and optical signals within the system of FIG. 8; FIG.

SANの実施例の簡略化した説明図である。1 is a simplified illustration of an embodiment of a SAN; FIG.

図8のシステムの復路リンクの実施例の説明図である。9 is an illustration of an embodiment of a return link of the system of FIG. 8; FIG.

衛星がオンボードビーム形成を有する、システムアーキテクチャの実施例の簡略化した概略図である。1 is a simplified schematic diagram of an example system architecture in which satellites have on-board beamforming; FIG.

加重/コンバイナモジュールの実施例の簡略化したブロック図である。FIG. 4 is a simplified block diagram of an embodiment of a weighting/combiner module;

光信号がSANにおいてRF変調され、オンボードビーム形成能力を有する衛星に送信される、システムアーキテクチャの実施例の簡略化した概略図である。1 is a simplified schematic diagram of an example system architecture in which an optical signal is RF modulated in a SAN and transmitted to a satellite with onboard beamforming capability; FIG.

地上ビーム形成を使用し、光往路アップリンク及び無線周波数往路ダウンリンクを含む、衛星通信システムの往路リンクの実施例の説明図である。1 is an illustration of an example forward link of a satellite communication system using terrestrial beamforming and including an optical forward uplink and a radio frequency forward downlink; FIG.

地上ビーム形成を行うシステムで使用される往路ビーム形成器の実施例である。1 is an embodiment of a forward beamformer for use in a system with terrestrial beamforming;

地上ビーム形成を使用した例示的なシステムの往路リンクを受信及び送信するために使用される衛星の構成要素の簡略化した説明図である例示的な図18内での復路リンク構成要素の実施例のより詳細な説明図である。Example of return link components in exemplary FIG. 18, which is a simplified illustration of satellite components used to receive and transmit forward links of an exemplary system using terrestrial beamforming It is a more detailed explanatory diagram of.

衛星の構成要素の実施例を詳細に示す。Figure 3 shows an example of satellite components in detail.

米国本土の上に形成された利用者ビームカバレッジエリアの実施例の説明図である。FIG. 4 is an illustration of an example of a user beam coverage area formed over the continental United States;

ビーム素子信号及びタイミングパイロット信号のタイミングを調整するためのタイミングモジュールを有する光送信機の実施例の説明図である。FIG. 4 is an illustration of an embodiment of an optical transmitter having a timing module for adjusting the timing of beam element signals and timing pilot signals;

K個の往路ビーム入力信号のそれぞれがS本の500MHz幅のサブチャネルを含んでいるシステムである。A system in which each of the K forward beam input signals contains S 500 MHz wide subchannels.

ビーム形成器の実施例の簡略化したブロック図である。1 is a simplified block diagram of an embodiment of a beamformer; FIG.

SANの実施例の説明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram of an embodiment of a SAN;

地上ビーム形成を有するシステムの復路リンクの実施例の説明図である。FIG. 4 is an illustration of an example return link for a system with terrestrial beamforming;

復路リンク内のSANのうちの1つの実施例の説明図である。FIG. 4 is an illustration of one embodiment of the SAN in the return link;

例示的な復路ビーム形成器の説明図の例である。FIG. 4 is an example illustration of an exemplary return beamformer;

図面は、網羅的であること、又は特許請求される発明を開示される特定の形態に限定することを意図しない。開示される技術は、修正及び変更が行われる場合があり、本発明は、特許請求の範囲及びその均等物だけによって限定されるべきであることを理解されたい。 The drawings are not intended to be exhaustive or to limit the claimed invention to the particular forms disclosed. It should be understood that the disclosed technology is subject to modifications and variations and that the present invention is to be limited only by the claims and their equivalents.

最初に、衛星アクセスノード(SAN)と衛星との間で無線周波数(RF)通信リンクを使用するシステムについて論じる。この前置きに続いて、広帯域容量衛星のためのいくつかの光送信技術について論じる。光フィーダリンクを有するシステムの導入的な議論の後、光フィーダリンク上で信号を変調するための3つの技術について論じる。加えて、これらの技術を実装するための3つのアーキテクチャを提供する。 First, we discuss systems that use radio frequency (RF) communication links between satellite access nodes (SANs) and satellites. Following this introduction, we discuss some optical transmission techniques for broadband capacity satellites. After an introductory discussion of systems with optical feeder links, three techniques for modulating signals on optical feeder links are discussed. In addition, we provide three architectures for implementing these techniques.

図1は、比較的大容量のシステム100を作成するために、比較的多数の地球局(本明細書において「SAN」と称するが、「ゲートウェイ」と称されることもある)102がフィーダリンクと利用者リンクの両方でRF信号を使用して衛星104と通信する、衛星通信システム100の説明図である。情報は、SAN 102から衛星104を経由して、複数の利用者端末106が存在し得る利用者ビームカバレッジエリアに送信される。いくつかの実施形態では、システム100は、数千の利用者端末106を含む。いくつかのこのような実施形態では、SAN 102のそれぞれは、衛星104に対してフィーダアップリンク108を確立すること、及び衛星104からフィーダダウンリンク110を受信することができる。いくつかの実施形態では、SAN 102から衛星104へのフィーダアップリンク108は、帯域幅3.5GHzを有する。いくつかの実施形態では、フィーダアップリンク信号は、16直交振幅変調(QAM)を使用して変調されることができる。16QAM変調の使用は、ヘルツ当たり約3ビット/秒の容量をもたらす。スポットビーム当たり3.5GHzの帯域幅を使用することにより、それぞれのスポットビームは約10~12Gbpsの容量を提供することができる。それぞれが3.5GHz帯域幅の信号を送信することができる、88個のSANを使用することにより、システムは、およそ308GHz帯域幅又は約1000Gbps(即ち、1Tbps)の容量を有する。 FIG. 1 illustrates that a relatively large number of earth stations (referred to herein as "SANs" but sometimes also referred to as "gateways") 102 are feeder links to create a system 100 of relatively high capacity. 1 is an illustration of a satellite communication system 100 that communicates with satellites 104 using RF signals on both the and user links. FIG. Information is transmitted from SAN 102 via satellite 104 to a user beam coverage area where multiple user terminals 106 may reside. In some embodiments, system 100 includes thousands of user terminals 106 . In some such embodiments, each of SANs 102 is capable of establishing feeder uplinks 108 to satellites 104 and receiving feeder downlinks 110 from satellites 104 . In some embodiments, the feeder uplink 108 from SAN 102 to satellite 104 has a bandwidth of 3.5 GHz. In some embodiments, the feeder uplink signal may be modulated using 16 quadrature amplitude modulation (QAM). The use of 16QAM modulation yields a capacity of approximately 3 bits/second per hertz. By using a bandwidth of 3.5 GHz per spot beam, each spot beam can provide about 10-12 Gbps capacity. By using 88 SANs, each capable of transmitting signals of 3.5 GHz bandwidth, the system has a capacity of approximately 308 GHz bandwidth or approximately 1000 Gbps (ie, 1 Tbps).

図2は、図1のシステムで使用されることができる簡略化した衛星の説明図であり、衛星は、SANと通信するためにRF信号を使用する。図3は、図2の衛星内において往路リンク上で使用される(即ち、RFフィーダアップリンクを受信し、RF利用者ダウンリンクを送信する)中継器201の簡略化した説明図である。衛星104のフィーダリンクアンテナ(図示せず)内の給電部202は、SAN 102からのRF信号を受信する。詳細に示されてはいないが、利用者リンクアンテナは、1つ又は2つ以上のマルチビームアンテナアレイ(例えば、複数の給電部が共有の反射器を照射する)、直接放射型給電部、又は他の好適な構成のうちのいずれかにすることができる。また、利用者リンク及びフィーダリンクのアンテナは、給電部(例えば、二重帯域の組み合わされた送信、受信を使用して)、反射器、又は両方を共有することができる。一実施形態では、給電部202は、2つの直交する偏波(即ち、右円偏波(RHCP)及び左円偏波(LHCP)又は代替的には、水平偏波及び垂直偏波)上で信号を受信することができる。このような一実施形態では、1つの偏波(例えば、RHCP)からの出力203は、第1の中継器201に供給される。出力は、低雑音増幅器(LNA)304の入力に連結されている(図3を参照されたい)。LNA 304の出力は、ダイプレクサ306の入力に連結されている。ダイプレクサは、信号を第1の出力信号308及び第2の出力信号310に分割する。第1の出力信号308は、第1のRF周波数にある。第2の出力信号310は、第2のRF周波数にある。出力信号308、310のそれぞれは、周波数変換器312、314に連結されている。局部発振器(LO)315もまた、周波数変換器312、314のそれぞれに連結されている。周波数変換器は、出力信号の周波数を利用者ダウンリンク送信周波数にシフトさせる。いくつかの実施形態では、同一LO周波数が両方の周波数変換器312、314に適用される。周波数変換器312、314の出力は、チャネルフィルタ316、318を介してハイブリッド320に連結されている。ハイブリッド320は、2つのチャネルフィルタ316、318の出力を合成し、合成した信号を線形化チャネル増幅器322に連結している。 FIG. 2 is an illustration of a simplified satellite that can be used in the system of FIG. 1, the satellite using RF signals to communicate with the SAN. FIG. 3 is a simplified illustration of a repeater 201 used on the forward link (ie, receiving the RF feeder uplink and transmitting the RF customer downlink) within the satellite of FIG. A feed 202 in a feeder link antenna (not shown) of satellite 104 receives the RF signal from SAN 102 . Although not shown in detail, the user link antenna may be one or more multibeam antenna arrays (e.g., multiple feeds illuminating a shared reflector), direct radiating feeds, or It can be in any of other suitable configurations. Also, the user link and feeder link antennas can share feeds (eg, using dual-band combined transmit, receive), reflectors, or both. In one embodiment, the feed 202 operates on two orthogonal polarizations (i.e. right hand circular polarization (RHCP) and left hand circular polarization (LHCP) or alternatively horizontal and vertical polarization). signal can be received. In one such embodiment, output 203 from one polarization (eg, RHCP) is fed to first repeater 201 . The output is coupled to the input of a low noise amplifier (LNA) 304 (see Figure 3). The output of LNA 304 is coupled to the input of diplexer 306 . A diplexer splits the signal into a first output signal 308 and a second output signal 310 . A first output signal 308 is at a first RF frequency. A second output signal 310 is at a second RF frequency. Each of the output signals 308,310 are coupled to frequency converters 312,314. A local oscillator (LO) 315 is also coupled to each of the frequency converters 312,314. A frequency converter shifts the frequency of the output signal to the user downlink transmission frequency. In some embodiments, the same LO frequency is applied to both frequency converters 312,314. The outputs of frequency converters 312,314 are coupled to hybrid 320 via channel filters 316,318. A hybrid 320 combines the outputs of the two channel filters 316 , 318 and couples the combined signal to a linearization channel amplifier 322 .

ハイブリッド320内で信号を合成することにより、信号を1つの進行波管増幅器(TWTA)324によって増幅することが可能になる。線形化チャネル増幅器322の出力は、TWTA 324に連結されている。TWTA 324は、信号を増幅し、増幅した出力をハイパスフィルタ及びダイプレクサ326の入力に連結している。ハイパスフィルタ及びダイプレクサ326は、信号を元の信号の周波数に基づいて分割して2つの出力に戻し、周波数が高い方の信号部分は第1のアンテナ給電部328に連結され、周波数が低い方の信号部分は第2のアンテナ給電部330に連結されている。第1のアンテナ給電部328は、利用者ダウンリンクビームを第1の利用者ビームカバレッジエリアU1に送信する。第2のアンテナ給電部330は、利用者ダウンリンクビームを第2の利用者ビームカバレッジエリアU3に送信する。 Combining the signals in hybrid 320 allows the signals to be amplified by a single traveling wave tube amplifier (TWTA) 324 . The output of linearization channel amplifier 322 is coupled to TWTA 324 . TWTA 324 amplifies the signal and couples the amplified output to the input of high pass filter and diplexer 326 . A high pass filter and diplexer 326 splits the signal based on the frequency of the original signal back into two outputs, the higher frequency signal portion being coupled to a first antenna feed 328 and the lower frequency The signal portion is coupled to a second antenna feed 330 . A first antenna feed 328 transmits a user downlink beam to a first user beam coverage area U1. A second antenna feed 330 transmits a user downlink beam to a second user beam coverage area U3.

第2の偏波(例えば、LHCP)からの給電部202の出力331は、中継器の第2のアーム332に連結されている。第2のアーム332は、第1の201と類似した態様で機能するが、利用者ビームカバレッジエリアU2及びU4に送信される出力周波数は、利用者ビームカバレッジエリアU1及びU3に送信される周波数とは異なるものになる。 The output 331 of the feed 202 from the second polarization (eg LHCP) is coupled to the second arm 332 of the repeater. The second arm 332 functions in a similar manner to the first 201, but the output frequencies transmitted to user beam coverage areas U2 and U4 are the same as the frequencies transmitted to user beam coverage areas U1 and U3. will be different.

いくつかの実施形態では、各SAN 102から衛星104へのフィーダアップリンク108及び衛星から各SAN 102へのフィーダダウンリンク110の帯域幅を広げるために、光リンクを使用することができる。これにより、より多くのスペクトルが利用者リンクに対して使用可能になることも含めて、数々の利点をもたらすことができる。更に、フィーダリンク108、110の帯域幅を広げることにより、SAN 102の数を減らすことができる。各SAN 102へ/からの各フィーダリンクの帯域幅を広げることによってSAN 102の数を減らすと、システム容量を減少させることなく、システムの全体的なコストが減少する。一方、光送信信号の使用に伴う課題の1つは、光信号が、大気中を通過しているときに減衰しやすいことである。特に、衛星からSANまでの経路に沿って空が澄んでいない場合は、光信号は、信号の減衰に起因した有意な伝搬損失を呈することになる。 In some embodiments, optical links may be used to increase the bandwidth of feeder uplinks 108 from each SAN 102 to satellites 104 and feeder downlinks 110 from satellites to each SAN 102 . This can provide a number of advantages, including making more spectrum available for customer links. Additionally, the number of SANs 102 can be reduced by increasing the bandwidth of the feeder links 108,110. Reducing the number of SANs 102 by increasing the bandwidth of each feeder link to/from each SAN 102 reduces the overall cost of the system without reducing system capacity. On the other hand, one of the problems with the use of optical transmission signals is that optical signals tend to be attenuated while passing through the atmosphere. In particular, if the sky is not clear along the path from the satellite to the SAN, the optical signal will exhibit significant propagation loss due to signal attenuation.

視程の低下に起因した減衰に加えて、シンチレーションが、大気の悪条件下で発生する。そのため、大気条件に起因する光信号のフェーディングの影響を軽減するための技術を使用することができる。特に、以下により詳細に論じるように、光信号を受信するために使用される、衛星に搭載されたレンズ、及び光信号を送信するために使用される、衛星に搭載されたレーザを、いくつかのSANのうちの1つに向けることができる。これらのSANは、大気の悪条件を呈する可能性が別々の時間に高くなるように地球上に散在している(即ち、衛星と特定のSANとの間の経路上でフェーディングが起こる可能性が高いとき、衛星と他のSANのそれぞれとの間の経路上ではフェーディングが起こる可能性が相対的に低くなる)。 In addition to attenuation due to reduced visibility, scintillation occurs under adverse atmospheric conditions. As such, techniques can be used to mitigate the effects of optical signal fading due to atmospheric conditions. In particular, as discussed in more detail below, there are several satellite-mounted lenses used to receive optical signals and satellite-mounted lasers used to transmit optical signals. can be directed to one of the SANs. These SANs are scattered around the globe such that the likelihood of exhibiting atmospheric adverse conditions is high at different times (i.e., the likelihood of fading occurring on the path between a satellite and a particular SAN). When is high, fading is relatively less likely on the path between the satellite and each of the other SANs).

国土の様々な地域における大気条件の違いを考慮に入れることにより、衛星と特定のSANとの間の大気が光信号の送信に好ましくないときは、大気条件がより好ましいものである別のSANを使用する決定を行うことができる。例えば、米国本土の南西部は、比較的澄んだ空を有する。これに合わせて、国土内のこれらの澄んだ場所にSANを配置すると、国土の他の地域にあるSANと衛星との間の空が遮られているときに、それらのSANを介して送信されることになっていたデータのための入り口を提供することができる。 By taking into account differences in atmospheric conditions in different regions of the country, when the atmosphere between a satellite and a particular SAN is unfavorable for optical signal transmission, another SAN with more favorable atmospheric conditions is selected. You can decide to use For example, the southwestern portion of the continental United States has relatively clear skies. In line with this, the placement of SANs in these clear locations within the country means that when the skies between SANs and satellites in other parts of the country are obstructed, transmissions over those SANs will occur. can provide an entry point for data that was supposed to be

衛星へ/からの好ましい大気経路を有するそれらのSANと通信するように衛星を向けることに加えて、いくつかの光受信機/送信機のうちの1つを介して衛星によって受信/送信される信号は、選択された利用者ビームカバレッジエリアへの送信用のいくつかのアンテナのうちの1つに向けることができる。光アップリンク上で受信することができる光信号の発信源の決定における柔軟性と、発信源から受信した信号が送信されることになる特定のアンテナを選択する能力との組み合わせにより、システムは、SANと衛星との間の変わりやすい大気条件による悪影響を軽減することが可能になる。 Received/transmitted by satellites via one of several optical receivers/transmitters, in addition to directing satellites to communicate with those SANs that have a favorable atmospheric path to/from the satellite Signals can be directed to one of several antennas for transmission to selected user beam coverage areas. The flexibility in determining the sources of optical signals that can be received on the optical uplink, combined with the ability to select the particular antennas on which the signals received from the sources are to be transmitted, allows the system to: It is possible to mitigate the adverse effects of variable atmospheric conditions between the SAN and the satellite.

本明細書に開示されているように、情報を、SANから、衛星を介して、利用者端末が存在し得る利用者ビームカバレッジエリアに伝達するために、少なくとも3つの異なる技術を使用することができる。ここからは、このような3つの技術について説明する。それぞれの極めて簡潔な概要を示し、続いて、各アーキテクチャをより詳細に開示する。 As disclosed herein, at least three different techniques can be used to convey information from the SAN, via satellites, to the user beam coverage areas where user terminals may reside. can. Three such techniques are described below. A very brief overview of each is provided followed by a more detailed disclosure of each architecture.

簡潔には、第1の技術は、バイナリ変調された光信号をアップリンク上で使用する。いくつかのSANはそれぞれ、利用者ビームカバレッジエリア内に存在する利用者端末に送信される情報を受信する。光信号は、ディジタル情報で変調される。いくつかの実施形態では、それぞれのSANは、こうしたバイナリ変調された光信号を衛星に送信する。ディジタル情報は、利用者端末が存在し得る利用者ビームカバレッジエリアに送信されることを意図した情報を表すものであってよい。信号は、フォトダイオードなど、光検知器を使用して、衛星内で検知される。いくつかの実施形態では、結果として生じたディジタル信号は、次いで、中間周波数(IF)信号を変調する2位相偏移変調(BPSK)など、バイナリ符号化を提供するために使用される。次いで、IF信号は、衛星RFダウンリンク搬送波周波数にアップコンバートされる。RF信号をBPSKで変調することは比較的簡単に行うことができ、衛星上でのサイズ、電力、及び熱適応は小さい。しかしながら、BPSKを利用者ダウンリンク114上のRF信号に対するベースバンド変調として使用すると、システムの最大容量が提供されないことがある。即ち、RF利用者ダウンリンク114の最大潜在能力は、RF利用者ダウンリンク114上でBPSKの代わりに16 QAMなどのより稠密な変調方式が使用された場合に可能であり得るものから減少する。 Briefly, the first technique uses a binary modulated optical signal on the uplink. Several SANs each receive information sent to user terminals that are within the user beam coverage area. The optical signal is modulated with digital information. In some embodiments, each SAN transmits such binary modulated optical signals to satellites. The digital information may represent information intended to be transmitted to user beam coverage areas in which user terminals may reside. The signal is detected within the satellite using a photodetector, such as a photodiode. In some embodiments, the resulting digital signal is then used to provide binary encoding, such as binary phase shift keying (BPSK) to modulate an intermediate frequency (IF) signal. The IF signal is then upconverted to the satellite RF downlink carrier frequency. Modulating an RF signal with BPSK is relatively straightforward and has small size, power, and thermal adaptations on satellites. However, using BPSK as the baseband modulation for the RF signal on the customer downlink 114 may not provide the maximum capacity of the system. That is, the maximum potential of the RF user downlink 114 is reduced from what would be possible if a denser modulation scheme such as 16 QAM was used on the RF user downlink 114 instead of BPSK.

第2の技術もまた、バイナリ変調方式を使用してアップリンク上の光信号を変調する。変調された光信号は、フォトダイオードによって検知される。結果として生じたディジタル信号は、モデムに連結される。モデムは、直交振幅変調(QAM)など、比較的帯域幅効率の良い変調方式を使用して、ディジタル情報をIF信号上に符号化する。QAMは、本明細書において、例えば、4位相偏移変調(QPSK)、オフセットQPSK、8位相偏移変調、16 QAM、32 QAM、振幅位相偏移変調(APSK)、及び関連する変調形式を含めて、シンボル当たり2ビットを超える符号化を行う変調形式を参照するために使用される。より稠密なQAM方式の使用は、より効率的なRF利用者リンクの使用をもたらすが、このような符号化をRF利用者ダウンリンク114上で使用するには、比較的に複合的なディジタル/中間周波数(IF)変換ブロック(例えば、モデム)を必要とする。こうした複合性は、サイズ、質量、コスト、電力消費量、及び放熱量を増加させる。 A second technique also uses a binary modulation scheme to modulate the optical signal on the uplink. The modulated optical signal is detected by a photodiode. The resulting digital signal is coupled to a modem. Modems encode digital information onto the IF signal using a relatively bandwidth-efficient modulation scheme, such as quadrature amplitude modulation (QAM). QAM as used herein includes, for example, Quadrature Phase Shift Keying (QPSK), Offset QPSK, 8 Phase Shift Keying, 16 QAM, 32 QAM, Amplitude Phase Shift Keying (APSK), and related modulation formats. is used to refer to modulation formats that encode more than 2 bits per symbol. The use of denser QAM schemes results in more efficient use of the RF user link, but the use of such encoding on the RF user downlink 114 requires relatively complex digital/ Requires an intermediate frequency (IF) conversion block (eg, modem). Such complexity increases size, mass, cost, power consumption, and heat dissipation.

第3の技術は、(最初の2つの技術のバイナリ変調された光信号とは対照的に)RF変調された光信号を使用する。この実施形態では、利用者ビームカバレッジエリアに送信されるディジタル情報で光信号を変調するのではなくて、RF信号が光搬送波上に直接変調される(即ち、強度変調される)。その後、衛星は、RF変調された信号を光信号から検知し(即ち、光信号の強度エンベロープを検知し)、その信号を利用者ダウンリンク周波数に周波数アップコンバートするだけでよく、その結果、複合モデムの必要性が衛星から取り除かれる。RF変調された光信号の使用は、衛星の複合性を低減すると同時に、利用者リンクRF信号のより稠密な変調を可能にすることによって、通信システムの全体的な容量を増加させる。光信号において使用可能な帯域幅のおかげで、多くのRF搬送波を光搬送波上に多重化することができる。しかしながら、RF信号で強度変調された光信号は、光信号のフェーディングを含め、いくつかの要因による誤りの影響を受けやすい。 A third technique uses an RF modulated optical signal (as opposed to the binary modulated optical signal of the first two techniques). In this embodiment, rather than modulating an optical signal with digital information that is transmitted into the user beam coverage area, the RF signal is directly modulated (ie, intensity modulated) onto an optical carrier. The satellite then need only detect the RF modulated signal from the optical signal (i.e., detect the intensity envelope of the optical signal) and frequency upconvert the signal to the user downlink frequency, resulting in a composite The need for modems is removed from the satellite. The use of RF modulated optical signals reduces satellite complexity while increasing the overall capacity of the communication system by allowing for more dense modulation of the user link RF signals. Due to the bandwidth available in optical signals, many RF carriers can be multiplexed onto the optical carrier. However, an optical signal that is intensity modulated with an RF signal is susceptible to errors due to several factors, including fading of the optical signal.

これら3つの技術のそれぞれは、SANから衛星への光チャネルに信頼できないものが存在するという事実に悩まされている。そのため、信頼できない光フィーダリンクチャネルの問題を軽減するために、3つのシステムアーキテクチャについて論じる。それぞれの構成では、衛星への光リンクに内在する信頼性の欠如を埋め合わせるために追加のSANが使用されている。信号は、任意のSANから任意の利用者ビームカバレッジエリアに送られることができる。追加のSANを使用することにより、衛星への高品質な光リンクを有する所望の数のSANが使用可能であることが保証される。更に、衛星を介した経路の選択における柔軟性(即ち、本明細書において「フィーダリンク多様性」と称するもの)により、データは、所望の品質の光チャネルを有するそれらのSANからフィーダリンク上の衛星に、及び利用者リンク上の利用者スポットビームに、柔軟な方法で送信されることが可能になる。 Each of these three technologies suffers from the fact that there is an unreliable optical channel from the SAN to the satellite. Therefore, three system architectures are discussed to mitigate the problem of unreliable optical feeder link channels. Each configuration uses an additional SAN to compensate for the inherent unreliability of the optical link to the satellite. Signals can be sent from any SAN to any user beam coverage area. Using additional SANs ensures that the desired number of SANs with high quality optical links to satellites are available. In addition, flexibility in choosing routes through the satellite (i.e., what is referred to herein as "feederlink diversity") allows data to be routed over feederlinks from those SANs that have optical channels of the desired quality. It can be transmitted to satellites and to user spot beams on user links in a flexible manner.

ここからは、これら3つの技術のそれぞれについて詳細に論じる。これらの技術のそれぞれは、特定の数の構成要素(即ち、SAN、各SANのレーザ、衛星内のトランスポンダなど)を有する実施形態に照らして論じられる。しかしながら、このような具体的な実施形態は、単に議論を明確にかつ容易にするためにのみ提供されている。更に、幅広いIF及び/又はRF周波数、光波長、SANの数、衛星上のトランスポンダの数などは、開示される実施形態の範囲内におけるものである。したがって、特定の周波数、波長、アンテナアレイ素子、及び類似の並列チャネル、構成要素、デバイス、利用者ビームカバレッジエリアの数などは、本明細書に添付された特許請求の範囲によって明示的に制限されない限り、開示されるシステムが実装されることのできる態様に関する制限として見なされるべきではない。 Each of these three techniques will now be discussed in detail. Each of these technologies is discussed in the context of embodiments having a specific number of components (ie, SANs, lasers in each SAN, transponders in satellites, etc.). However, such specific embodiments are provided merely for clarity and ease of discussion. Additionally, a wide range of IF and/or RF frequencies, optical wavelengths, number of SANs, number of transponders on satellites, etc. are within the scope of disclosed embodiments. Accordingly, specific frequencies, wavelengths, antenna array elements, and similar parallel channels, components, devices, number of user beam coverage areas, etc. are not expressly limited by the claims appended hereto. Insofar it should not be viewed as a limitation as to the manner in which the disclosed system may be implemented.

図4は、上記の3つの技術のうちの第1の簡略化した概略図である。第1の技術を実装するためのシステム600は、複数のSAN 602と、少なくとも1つのビーム当たり単一給電のアンテナ638、640を有する衛星604と、利用者ビームカバレッジエリア1801(図19を参照されたい)内の複数の利用者端末606と、を含む。代替的には、直接放射型アンテナなど、任意のアンテナを使用することができ、アンテナは複数の入力を有し、入力のそれぞれは、利用者ビームカバレッジエリアに利用者スポットビームで送信することが可能な信号を受信することができる。アンテナ638、640は、直接放射型アレイ、又は反射器/アンテナシステムの一部であってもよい。いくつかの実施形態では、システム600は、M個のSAN 602を有する。例示的なシステム600では、また本開示の全体にわたって論じられる実施例のそれぞれに対しては、M=8である。しかしながら、本明細書に開示されるシステムはいずれも、この数に制限されるものではない。M=8は、単に都合のよい実施例でしかなく、他の実施形態では、Mは、2、4、10、12、16、20、32、40、又は任意の他の好適な値にすることができる。いくつかの実施形態では、SAN 602は、発信源(図示されていないコアノードなど)からシステムを通って伝達される「往路トラヒック」を受信し、発信源は、情報ネットワーク(例えば、インターネット)から情報を受信し得る。コアノードからSAN 602に伝達されるデータは、バイナリデータストリームの形態を含めて、SAN 602へのデータの効率的な伝達を可能にする任意の形態で提供されることができる。いくつかの実施形態では、データは、光信号上に変調されたバイナリデータストリームとして提供され、光ファイバ上でSANに送信される。往路トラヒックは、特定の利用者ビームカバレッジエリア1801で識別されるストリームにおいて受信される。いくつかの実施形態では、データはまた、データの送信先である特定の利用者端末又は利用者端末のグループと関連付けられてもよい。いくつかの実施形態では、データは、データを搬送する信号の周波数及び/又はタイミングに基づいて端末と関連付けられる。代替的には、データヘッダ又は他の識別子が、データと共に提供されても、データに含められてもよく、又はデータ内にあってもよい。 FIG. 4 is a simplified schematic of the first of the above three techniques. A system 600 for implementing the first technique includes a plurality of SANs 602, a satellite 604 with at least one single-fed antenna 638, 640 per beam, and a user beam coverage area 1801 (see FIG. 19). ) and a plurality of user terminals 606 within. Alternatively, any antenna can be used, such as a direct radiating antenna, the antenna having multiple inputs, each of which can transmit in a user spot beam into the user beam coverage area. possible signals can be received. Antennas 638, 640 may be part of a direct-radiating array or reflector/antenna system. In some embodiments, system 600 has M SANs 602 . In exemplary system 600, and for each of the embodiments discussed throughout this disclosure, M=8. However, none of the systems disclosed herein are limited to this number. M=8 is merely a convenient example, in other embodiments M is 2, 4, 10, 12, 16, 20, 32, 40, or any other suitable value. be able to. In some embodiments, SAN 602 receives "outbound traffic" conveyed through the system from sources (such as core nodes not shown), which originate from information networks (e.g., the Internet). can receive Data communicated from core nodes to SAN 602 may be provided in any form that enables efficient communication of data to SAN 602, including in the form of a binary data stream. In some embodiments, the data is provided as a binary data stream modulated onto optical signals and transmitted over optical fibers to the SAN. Outbound traffic is received in streams identified in a particular user beam coverage area 1801 . In some embodiments, the data may also be associated with a particular user terminal or group of user terminals to which the data is sent. In some embodiments, data is associated with terminals based on the frequency and/or timing of signals carrying the data. Alternatively, a data header or other identifier may be provided with, included with, or within the data.

受信されると、往路トラヒックは、バイナリデータストリーム601である。即ち、いくつかの実施形態では、往路トラヒックは、強度変調された又は位相変調された光信号など、バイナリ表現である。代替実施形態では、往路トラヒックは、任意の他のバイナリ表現に復号されることができる。 As received, the forward traffic is a binary data stream 601 . That is, in some embodiments the forward traffic is a binary representation, such as an intensity modulated or phase modulated optical signal. In alternate embodiments, the outbound traffic can be decoded into any other binary representation.

図5は、いくつかの実施形態においてシステムによって使用されるIF信号903、光チャネル915、及び光帯域907、909、911、913の関係を示している。特定の帯域幅、周波数、チャネル数、及び波長の選択は、概念の開示を容易にするために提供された単なる実施例に過ぎない。他の光波長、チャネル数、並びに他のRF及び/又はIF帯域幅及び周波数に加えて、代替変調方式も使用することができる。示されている方式は、単に使用され得る1つの特定の方式を例示するために提供されているに過ぎない。示されているように、複数の3.5GHz幅バイナリ変調IF信号(例えば64個)903が、1つの利用者スポットビームで送信されるバイナリデータを搬送する。使用可能な他の帯域幅の実施例には、500MHz、900MHz、1.4GHz、1.5GHz、1.9GHz、2.4GHz、又は任意の他の好適な帯域幅が挙げられる。 FIG. 5 shows the relationship between IF signal 903, optical channel 915, and optical bands 907, 909, 911, 913 used by the system in some embodiments. The selection of specific bandwidths, frequencies, number of channels, and wavelengths are merely examples provided to facilitate the disclosure of concepts. Alternate modulation schemes can be used, as well as other optical wavelengths, number of channels, and other RF and/or IF bandwidths and frequencies. The scheme shown is provided merely to illustrate one particular scheme that may be used. As shown, a plurality of 3.5 GHz wide binary modulated IF signals (eg, 64) 903 carry the binary data transmitted in one user spot beam. Examples of other bandwidths that can be used include 500 MHz, 900 MHz, 1.4 GHz, 1.5 GHz, 1.9 GHz, 2.4 GHz, or any other suitable bandwidth.

それぞれの3.5GHz幅バイナリ変調IF信号903上に変調されているバイナリ(即ち、ディジタル)コンテンツは、4つの光帯域905のうちの1つの内部にある16本の光チャネルのうちの1つのバイナリ強度変調を行うために使用される。いくつかの実施形態では、光スペクトルの4つの帯域907、909、911、913は、1100nm、1300nm、1550nm、及び2100nmである。一方で、有用な光スペクトル(即ち、大気通過中に過度に減衰することなく少なくとも最低限に使用可能な光スペクトルの部分)内の任意の場所に存在する帯域が選択されてもよい。一般には、選択していない帯域と比較して減衰が大きくない光帯域が選択される。即ち、いくつかの光帯域は、残りの光帯域よりも小さい減衰を有し得る。このような実施形態では、それらの光帯域の部分集合が選択される。それらの選択された帯域のいくつかは、非常によく似た減衰を呈し得る。 The binary (i.e., digital) content modulated onto each 3.5 GHz wide binary modulated IF signal 903 is represented by one of the 16 optical channels within one of the four optical bands 905. Used to perform intensity modulation. In some embodiments, the four bands 907, 909, 911, 913 of the optical spectrum are 1100 nm, 1300 nm, 1550 nm and 2100 nm. On the other hand, a band may be selected that lies anywhere within the useful light spectrum (ie, at least the minimally usable portion of the light spectrum without excessive attenuation during atmospheric transit). In general, optical bands are selected that have less attenuation than non-selected bands. That is, some light bands may have less attenuation than the rest of the light bands. In such embodiments, a subset of those optical bands is selected. Some of those selected bands may exhibit very similar attenuation.

一実施例では、それぞれの光チャネルはチャネルの中心の波長によって画定され、それぞれの光チャネルはおよそ0.8nm離して離間配置される(即ち、100GHz幅)。光チャネル上に変調されているRF信号903は3.5GHz幅でしかないが、間隔があいていることにより、光信号は効率的に逆多重化されることができる。いくつかの実施形態では、それぞれのSAN 602は、いくつか(例えば、64個)のこのような3.5GHz光信号903(即ち、4×16個)を共に光出力信号上に波長分割多重化(WDM)する。これに合わせて、64本の光チャネルのディジタルコンテンツは、1つのSAN 602から送信されることができる。 In one embodiment, each optical channel is defined by the wavelength at the center of the channel, and each optical channel is spaced approximately 0.8 nm apart (ie, 100 GHz wide). Although the RF signal 903 being modulated onto the optical channel is only 3.5 GHz wide, the spacing allows the optical signal to be efficiently demultiplexed. In some embodiments, each SAN 602 wavelength division multiplexes several (eg, 64) such 3.5 GHz optical signals 903 (eg, 4×16) together onto an optical output signal. (WDM). Accordingly, 64 optical channels of digital content can be transmitted from one SAN 602 .

図6は、光信号上へのバイナリデータストリーム601の光変調を行うために使用される光送信機607を示している。図5に示されている方式を実装する実施形態によれば、光送信機607は、4つの光帯域モジュール608a~608d(簡略化のために2つ図示されている)及び光コンバイナ609を含む。4つの光帯域モジュール608のそれぞれは、16個の光変調器611(簡略化のために2つ図示されている)を含み、合計で64個の変調器611になる。64個の変調器611のそれぞれは、64本の光チャネル915のうちの1つに存在する光信号を出力する(図5を参照されたい)。チャネルは、4つの光帯域907、909、911、913に分割される。 FIG. 6 shows an optical transmitter 607 used to optically modulate a binary data stream 601 onto an optical signal. According to an embodiment implementing the scheme shown in FIG. 5, optical transmitter 607 includes four optical band modules 608a-608d (two shown for simplicity) and optical combiner 609. . Each of the four optical band modules 608 includes 16 optical modulators 611 (two are shown for simplicity), for a total of 64 modulators 611 . Each of the 64 modulators 611 outputs an optical signal present in one of the 64 optical channels 915 (see FIG. 5). The channels are divided into four optical bands 907,909,911,913.

変調器611は、光信号を生成する光源654の波長λ1に基づいて光チャネル915を決定する。MZM 652は、バイナリデータストリーム601の振幅に比例した強度で第1の光源654の出力を強度変調する。バイナリデータストリーム601は、加算器656においてDCバイアスと加算される。バイナリデータストリーム610はディジタル信号(即ち、2つの振幅のみを有する信号)なので、結果として生じる光信号は、バイナリ変調された光信号である。MZM変調器652からの変調された光出力は、光コンバイナ609に連結されている。図5に例示されているものなどの変調方式を使用したシステムでは、同じ光帯域モジュール608内に存在する16個の光源654のそれぞれは、16個の異なる波長λ1のうちの1つで光信号を出力する。16個の波長は、第1の光帯域907内の16本の光チャネル915に対応する。同様に、他の各光帯域モジュール608内にある光変調器611内の光源654は、対応する光帯域909、911、913内のチャネルの波長に等しい波長λ1を有する光信号を出力する。これに合わせて、4つの光帯域モジュール608a~608dからの64個の光出力915はそれぞれ、異なる波長を有しており、64個の光源654によって生成される信号の波長λ1によって画定される4つの帯域の16本の光チャネル内にある。光コンバイナ609は、各信号915の合成体である波長分割多重化(WDM)光信号660を出力する。 Modulator 611 determines optical channel 915 based on wavelength λ 1 of light source 654 generating the optical signal. MZM 652 intensity modulates the output of first light source 654 with an intensity proportional to the amplitude of binary data stream 601 . Binary data stream 601 is summed with a DC bias in adder 656 . Since the binary data stream 610 is a digital signal (ie, a signal with only two amplitudes), the resulting optical signal is a binary modulated optical signal. The modulated optical output from MZM modulator 652 is coupled to optical combiner 609 . In systems using modulation schemes such as the one illustrated in FIG. 5, each of the 16 light sources 654 residing within the same optical band module 608 emits an optical signal at one of 16 different wavelengths λ1. to output The 16 wavelengths correspond to the 16 optical channels 915 within the first optical band 907 . Similarly, light source 654 in optical modulator 611 in each of the other optical band modules 608 outputs an optical signal having wavelength λ 1 equal to the wavelength of the channels in the corresponding optical band 909 , 911 , 913 . Correspondingly, the 64 optical outputs 915 from the four optical band modules 608 a - 608 d each have a different wavelength, the 4 wavelengths defined by the wavelength λ 1 of the signals generated by the 64 light sources 654 . within 16 optical channels of one band. Optical combiner 609 outputs a wavelength division multiplexed (WDM) optical signal 660 that is a composite of each signal 915 .

SAN 602は、光フィーダアップリンク108を介して光信号660を衛星604に送信する(図4を参照されたい)。光送信機607によって放出された光信号は、衛星604内のレンズ610によって受信される。いくつかの実施形態では、レンズ610は、光受信機622内の望遠鏡の一部である。いくつかの実施形態では、レンズ610は操縦可能である(即ち、システム内のいくつかのSAN 602のいずれか1つ、又は部分集合内からいずれか1つに向くように方向付けることができる)。レンズ610をSAN 602のうちの2つ以上に向けることができることにより、レンズ610は、信号フェーディングの影響を現在受けていない衛星への光路を有するSAN 602に向けられることができる。レンズ610は、機械的な2軸位置決め機構を使用して向けられてもよい。レンズを向けることは、光チャネルを介して送信された信号の受信信号強度を測定し、この信号強度を使用して、十分な品質の(即ち、所望の品質閾値を上回る)光リンクを有するSANにレンズが向けられたときを識別することによって達成され得る。地上コマンド又はオンボード処理のいずれかが、レンズ610を所望のSAN 602へ正確に向けるように、レンズ位置決め機構に対する指示を提供し得る。 SAN 602 transmits an optical signal 660 to satellite 604 via optical feeder uplink 108 (see FIG. 4). Optical signals emitted by optical transmitter 607 are received by lens 610 in satellite 604 . In some embodiments, lens 610 is part of a telescope within optical receiver 622 . In some embodiments, lens 610 is steerable (i.e., can be oriented to point at any one of several SANs 602 in the system, or any one within a subset). . The ability to point lens 610 at more than one of SANs 602 allows lens 610 to point at SANs 602 that have optical paths to satellites that are not currently suffering from signal fading. Lens 610 may be oriented using a mechanical two-axis positioning mechanism. Aiming the lens measures the received signal strength of a signal transmitted over an optical channel and uses this signal strength to establish a SAN that has optical links of sufficient quality (i.e., above a desired quality threshold). can be achieved by identifying when the lens is aimed at . Either ground commands or onboard processing may provide instructions to the lens positioning mechanism to precisely point the lens 610 at the desired SAN 602 .

光受信機622は、フィルタ又はプリズムなど、光逆多重化装置650を更に含む。光受信機622は複数の出力を有し、それぞれの出力は光波長と対応している。図4に示されているように、光受信機622は64個の出力を有する。しかしながら、上述したように、特定の周波数、光帯域数、及び波長の選択、ひいては光受信機622からの出力数は、本明細書において単に実施例として提供されるに過ぎず、システム600などのシステムを特定の数値に制限することを意図するものではない。 Optical receiver 622 further includes an optical demultiplexer 650, such as a filter or prism. The optical receiver 622 has multiple outputs, each output corresponding to an optical wavelength. As shown in FIG. 4, optical receiver 622 has 64 outputs. However, as noted above, the selection of particular frequencies, numbers of optical bands, and wavelengths, and thus the number of outputs from optical receiver 622, are provided herein merely as examples and are not intended for systems such as system 600. It is not intended to limit the system to any particular number.

いくつかの実施形態では、それぞれの波長は、4つの光帯域907、909、911、913のうちの1つの内部に存在する。それぞれの光波長は、光チャネルの中心に位置する。1つの帯域内にある光チャネルは、およそ0.8nm離して離間配置される(即ち、100GHz)。光チャネルを間隔全体に作製すると、64本の光チャネルのそれぞれを別個の出力上で提供するように光信号を逆多重化することができる光逆多重化装置650を提供することがより容易になる。いくつかの実施形態では、追加のレンズ613は、光逆多重化装置650の出力をフォトダイオード612などの光検知器の入力に焦点を合わせるように提供されている。フォトダイオード612は、フォトダイオードへの光入力において与えられた光信号660の強度エンベロープを検知することによって電気信号を生成する。光信号660が2つの強度レベルの一方に強度変調されたいくつかの実施形態では、論理的な「1」を表す第1の強度レベルは、やはり論理的な「1」を表す第1の振幅を有する電気信号をもたらす。論理的な「0」を表す第2の強度レベルは、論理的な「0」を表す振幅の電気信号をもたらす。そのため、電気信号は、光信号660の強度が論理的な「1」を表す状態にあるときは第1の状態に置かれ、光信号660の強度が論理的な「0」を表す状態にあるときは第2の状態に置かれる。これに合わせて、光受信機は、複数のディジタル出力615を有する。フォトダイオード612のディジタル出力615からの電気信号出力は、2相変調器など、変調器614に連結されている。図4の実施形態など、いくつかの実施形態では、LNA 617が、フォトダイオード612と2相変調器614との間に提供されている。2相変調器614の出力は、2つの相を有するBPSK変調IF信号(即ち、アナログ信号)である。BPSK変調器614は、第1の振幅の(即ち、第1の状態にある)電気入力信号に応じて、論理的な「1」を表す第1の相を有する信号を出力する。変調器614への入力が論理的な「0」を表す振幅(即ち、第2の状態)を有するときは、BPSK変調器614の出力の相は、第1の相とは異なる第2の相にシフトされる。変調器614の出力は、スイッチマトリックス616の入力に連結されている。 In some embodiments, each wavelength lies within one of four optical bands 907 , 909 , 911 , 913 . Each optical wavelength is centered in an optical channel. Optical channels within one band are spaced approximately 0.8 nm apart (ie, 100 GHz). Fabricating the optical channels throughout the interval makes it easier to provide an optical demultiplexer 650 that can demultiplex optical signals to provide each of the 64 optical channels on separate outputs. Become. In some embodiments, an additional lens 613 is provided to focus the output of optical demultiplexer 650 onto the input of a photodetector such as photodiode 612 . Photodiode 612 produces an electrical signal by sensing the intensity envelope of optical signal 660 provided at the optical input to the photodiode. In some embodiments where optical signal 660 is intensity modulated to one of two intensity levels, the first intensity level representing a logical "1" is the first amplitude level that also represents a logical "1". resulting in an electrical signal having A second intensity level representing a logical "0" results in an electrical signal having an amplitude representing a logical "0". Thus, the electrical signal is placed in a first state when the intensity of optical signal 660 is in a state representing a logical "1" and in a state in which the intensity of optical signal 660 represents a logical "0". time is placed in the second state. Correspondingly, the optical receiver has multiple digital outputs 615 . The electrical signal output from digital output 615 of photodiode 612 is coupled to modulator 614, such as a two-phase modulator. In some embodiments, such as the embodiment of FIG. 4, an LNA 617 is provided between photodiode 612 and two-phase modulator 614 . The output of bi-phase modulator 614 is a BPSK modulated IF signal (ie, an analog signal) having two phases. BPSK modulator 614 outputs a signal having a first phase representing a logical "1" in response to an electrical input signal of a first amplitude (ie, being in a first state). When the input to modulator 614 has an amplitude (i.e., second state) representing a logic "0", the phase of the output of BPSK modulator 614 is a second phase different from the first phase. is shifted to The output of modulator 614 is coupled to the input of switch matrix 616 .

図4の簡略化した概略図では、第2のSAN 602、レンズ610、光受信機622、及び複数(即ち、64個)の2相変調器614がスイッチマトリックス616に連結されている。図4には2つのSAN 602のみが示されているが、衛星は、いくつか(例えば、8個)のSAN 602から光信号を受信してもよいことを理解されたい。 In the simplified schematic diagram of FIG. 4, a second SAN 602 , a lens 610 , an optical receiver 622 and a plurality (ie, 64) of binary phase modulators 614 are coupled to a switch matrix 616 . Although only two SANs 602 are shown in FIG. 4, it should be understood that a satellite may receive optical signals from several (eg, eight) SANs 602 .

いくつかの実施形態では、図4に示されているスイッチマトリックス616は、それぞれのレンズ610に対して複数(例えば、64個)の入力を有する。即ち、衛星604が8個のレンズ610を有する場合は、マトリックススイッチ616は512個の入力を有し、それぞれが変調器614のうちの1つに連結されている。スイッチマトリックス616により、スイッチマトリックス616の出力での信号は、スイッチマトリックス616の入力に選択的に連結されることができる。いくつかの実施形態では、任意の入力を任意の出力に連結することができる。一方、いくつかの実施形態では、1つの入力のみをいずれか1つの出力に連結することができる。代替的には、入力及び出力は、入力が同じグループ内の出力にしか連結されることができないようにグループ化される。入力を連結することができる出力の数を制限すると、システムの柔軟性は低下するが、スイッチマトリックス616の複合性は減少する。 In some embodiments, the switch matrix 616 shown in FIG. 4 has multiple (eg, 64) inputs for each lens 610 . That is, if satellite 604 has eight lenses 610 , matrix switch 616 has 512 inputs, each coupled to one of modulators 614 . Switch matrix 616 allows signals at the outputs of switch matrix 616 to be selectively coupled to the inputs of switch matrix 616 . In some embodiments, any input can be chained to any output. On the other hand, in some embodiments, only one input can be tied to any one output. Alternatively, inputs and outputs are grouped such that inputs can only be connected to outputs within the same group. Limiting the number of outputs to which an input can be chained reduces the flexibility of the system, but reduces the complexity of switch matrix 616 .

スイッチマトリックス616の出力はそれぞれ、アップコンバータ626に連結されている。アップコンバータ626は、信号を利用者ダウンリンク搬送波の周波数にアップコンバートする。例えば、いくつかの実施形態では、スイッチマトリックス616から出力される信号は、3.5GHz幅IF信号である。3.5GHz幅IF信号は、20GHz中心周波数を有するRF搬送波にアップコンバートされる。それぞれのアップコンバータ626の出力は、対応する電力増幅器630に連結されている。それぞれの増幅器630の出力は、アンテナ638、640の一方の入力(例えば、図示されていないアンテナ給電部)など、複数のアンテナ入力のうちの1つに連結されている。これに合わせて、スイッチマトリックス616の出力のそれぞれは、アンテナ入力のうちの対応する1つに効果的に連結されている。いくつかの実施形態では、それぞれのアンテナ638、640のそれぞれの入力は、利用者スポットビームを1つの利用者ビームカバレッジエリア1801(図19を参照されたい)に送信する。スイッチマトリックス616は、どの入力(即ち、2相変調器614)がどの出力(即ち、アップコンバータ626)に連結されるかを選択することができる。これに合わせて、SAN 602のうちの1つからの信号がフェーディングし、誤りが許容できないほどになると(又はそうなる前に)、スイッチマトリックス616は、アップコンバータ626(即ち、関連するアンテナ給電部)の入力を、有意なフェーディングを呈していない光信号を送信しているSAN 602に連結することができる。いくつかの実施形態では、スイッチマトリックス616により、特定のSANからのコンテンツを2つ以上の利用者スポットビーム(即ち、アンテナ給電部)に分配することができるように、アンテナ入力に供給されるコンテンツを時分割多重化することができる。 Each output of switch matrix 616 is coupled to an upconverter 626 . Upconverter 626 upconverts the signal to the frequency of the user downlink carrier. For example, in some embodiments, the signal output from switch matrix 616 is a 3.5 GHz wide IF signal. A 3.5 GHz wide IF signal is upconverted to an RF carrier with a 20 GHz center frequency. The output of each upconverter 626 is coupled to a corresponding power amplifier 630 . The output of each amplifier 630 is coupled to one of multiple antenna inputs, such as one input of antennas 638, 640 (eg, antenna feeds not shown). Accordingly, each of the outputs of switch matrix 616 is effectively coupled to a corresponding one of the antenna inputs. In some embodiments, each input of each antenna 638, 640 transmits user spot beams to one user beam coverage area 1801 (see FIG. 19). A switch matrix 616 can select which input (ie, bi-phase modulator 614) is coupled to which output (ie, upconverter 626). Correspondingly, when (or before) the signal from one of the SANs 602 fades and the errors become unacceptable, the switch matrix 616 switches the upconverter 626 (i.e., the associated antenna feed section) can be coupled to a SAN 602 transmitting an optical signal that does not exhibit significant fading. In some embodiments, switch matrix 616 distributes content from a particular SAN to two or more user spot beams (i.e., antenna feeds) to distribute content fed to the antenna inputs. can be time division multiplexed.

即ち、それぞれのレンズ610が、その向いている方向にあるSAN 602から信号を受信しているとき、そのレンズ610に関連した光受信機622からの64個の出力のそれぞれは、信号を有することになる。アンテナ638、640へのそれぞれのアンテナ入力が利用者スポットビームを特定の利用者カバレッジエリア1801に送信する実施形態では、全ての利用者カバレッジエリア1801が信号を受信することになる(スイッチマトリックス616が、それぞれの入力を1つの出力に連結するようにマッピングされていることを仮定している)。スイッチマトリックス616は、2相変調器614からのどのアナログ出力をそれぞれのアンテナ入力に(即ち、それぞれの利用者スポットビーム内で)連結する(例えば、ビーム当たり単一給電のアンテナ638、640のそれぞれの給電部に送信する)かを選択する。一方、特定のSAN 602からの光信号がフェーディングしても、信号は依然として全てのアンテナ入力に提供されて、いずれの利用者カバレッジエリア1801もカバレッジを失うことはない。1つのSANからの信号を65個以上のアンテナ入力に時分割多重化すると、1つのSAN 602は、信号を65個以上の利用者カバレッジエリア1801に提供することができる。システムの合計容量は減少するが、それぞれの利用者カバレッジエリアにコンテンツを提供するシステムの可用性は強化される。これは、光フィーダリンクを有するシステムにおいて有益である。いくつかの実施形態では、弱い光リンクを有するSAN 602に向けられているレンズ610が、より強い光リンクが存在する別のSANに向け直される間、このような時分割多重化が短時間行われる。より一般には、マトリックス616は、光受信機622から出力されたアナログ信号を2つ以上の利用者スポットビームに時分割多重化するために使用されることができ、第1の期間中は、アナログ信号は、第1の利用者ビームカバレッジエリアに向けられた利用者スポットビームを送信する第1のアンテナ入力(例えば、給電部)に連結されている。第2の期間中は、アナログ信号は、第2の利用者ビームカバレッジエリアに向けられた利用者スポットビームを送信する第2のアンテナ入力(例えば、給電部)に連結されている。 That is, when each lens 610 is receiving a signal from the SAN 602 in the direction it is facing, each of the 64 outputs from the optical receiver 622 associated with that lens 610 will have a signal. become. In embodiments where each antenna input to antennas 638, 640 transmits a user spot beam to a particular user coverage area 1801, all user coverage areas 1801 will receive the signal (switch matrix 616 is , are mapped such that each input is concatenated into one output). A switch matrix 616 couples which analog outputs from the binary phase modulator 614 to respective antenna inputs (i.e., within each user spot beam) (e.g., each of the single-fed antennas 638, 640 per beam). to the other power supply). On the other hand, if the optical signal from a particular SAN 602 fades, the signal is still provided to all antenna inputs and no user coverage area 1801 loses coverage. One SAN 602 can provide signals to 65 or more user coverage areas 1801 by time division multiplexing signals from one SAN onto 65 or more antenna inputs. Although the total capacity of the system is reduced, the availability of the system to serve content to each user coverage area is enhanced. This is beneficial in systems with optical feeder links. In some embodiments, such time division multiplexing is performed for a short period of time while a lens 610 directed to a SAN 602 with a weaker optical link is redirected to another SAN with a stronger optical link. will be More generally, the matrix 616 can be used to time division multiplex the analog signal output from the optical receiver 622 into two or more user spot beams, and during the first period the analog The signal is coupled to a first antenna input (eg, feed) that transmits a user spot beam directed to a first user beam coverage area. During a second time period, the analog signal is coupled to a second antenna input (eg, feed) that transmits a user spot beam directed to a second user beam coverage area.

それぞれのレンズ610が十分に強い光信号を受信している状態になると、スイッチマトリックス616は、再びそれぞれの出力を入力から出力への1対1の対応で一意の出力にマッピングすることができる。いくつかのこのような実施形態では、スイッチマトリックス616の制御は、制御局からの遠隔測定信号によって提供される。ほとんどの実施形態では、同じSAN 602からの64個のIF信号は全て共に劣化することになるので、スイッチマトリックス616は、K/64個の出力の間で選択することができさえすればよい。ここで、Kは利用者スポットビームの数、64は1つの光受信機622内にあるフォトダイオード612の数である。上述したように、衛星を介した経路の選択を制御してSAN 602を利用者スポットビームにマッピングするプロセスは、本明細書においてフィーダリンク多様性と称する。以下に論じるように、フィーダリンク多様性は、3つの異なる方法で提供することができる。 Once each lens 610 is receiving a sufficiently strong optical signal, the switch matrix 616 can again map each output to a unique output in a one-to-one correspondence from input to output. In some such embodiments, control of switch matrix 616 is provided by telemetry signals from a control station. In most embodiments, all 64 IF signals from the same SAN 602 will degrade together, so switch matrix 616 need only be able to select between K/64 outputs. where K is the number of user spot beams and 64 is the number of photodiodes 612 in one optical receiver 622 . As described above, the process of controlling the selection of paths through satellites to map SAN 602 to user spot beams is referred to herein as feeder link diversity. As discussed below, feeder link diversity can be provided in three different ways.

いくつかの実施形態では、衛星604は、トランスポンダ(即ち、光受信機からスイッチ634、636までの経路)よりも多い数のアンテナ入力を有する。即ち、電力増幅器(PA)630、アップコンバータ626などを含む、限定された数のトランスポンダを使用して、相対的により多い数の利用者ビームカバレッジエリアに信号を送信することができる。アンテナ入力間でトランスポンダを共有することにより、それぞれのフォトダイオード612からの出力は、時分割多重化されて、衛星604上に提供されているトランスポンダの数よりも多く存在する複数の利用者ビームカバレッジエリアに情報を提供することができる。この実施形態では、RFスイッチ634は、異なる時間に、アンテナ638、640の一方又は両方の異なる入力に、PA 630の出力を向けるために使用される。時間は、信号上に存在する情報が、入力の向いている(即ち、給電部の向いている)利用者ビームカバレッジエリアに送信されることが意図されているものとなるように調整される。これに合わせて、1つのトランスポンダは、時分割多重化される方法で情報をいくつかの利用者ビームカバレッジエリアに提供するために使用されることができる。信号を特定のアンテナ638、640へ向けるようにスイッチ634、636を設定することにより、レンズ610のそれぞれによって受信された信号は、特定のスポットビームに向けられることができる。これにより、システムの容量の動的な割り当てにおいて柔軟性がもたらされる。 In some embodiments, satellite 604 has more antenna inputs than transponders (ie, paths from optical receivers to switches 634, 636). That is, a limited number of transponders, including power amplifiers (PAs) 630, upconverters 626, etc., can be used to transmit signals to a relatively greater number of user beam coverage areas. By sharing transponders between antenna inputs, the output from each photodiode 612 is time division multiplexed to provide multiple user beam coverage, which is greater than the number of transponders provided on satellite 604. Can provide information to the area. In this embodiment, RF switch 634 is used to direct the output of PA 630 to different inputs of one or both of antennas 638, 640 at different times. The times are adjusted so that the information present on the signal is intended to be transmitted to the user beam coverage area facing the input (ie, facing the feed). Accordingly, one transponder can be used to provide information to several user beam coverage areas in a time division multiplexed manner. By setting the switches 634, 636 to direct the signals to specific antennas 638, 640, the signals received by each of the lenses 610 can be directed to specific spot beams. This provides flexibility in dynamically allocating system capacity.

スイッチ634、636は、衛星に搭載されているアンテナ638、640のいずれかの入力へ信号を向ける。いくつかの実施形態では、スイッチ634、636からの出力は、アンテナの部分集合に向けられてもよい。それぞれのアンテナ638、640は、特定の利用者ビームカバレッジエリアに向けられたビーム当たり単一給電のアンテナであり、それにより、スポットビームを生成する。代替実施形態では、PA 630は、アンテナ入力に直接接続されてもよく、マトリックススイッチ616が、それぞれの特定のフォトダイオード612によって検知されたどの信号が、どの利用者ビームカバレッジエリアに送信されるかを決定する。加えて、等しい数の衛星トランスポンダ及びアンテナ入力が存在する実施形態であっても、スイッチ634、636を有することにより、スイッチマトリックス616の複合性を減少させることができる。即ち、スイッチマトリックス616とスイッチ634、636とを組み合わせて使用すると、スイッチマトリックス616は、それぞれの入力をそれぞれの出力に連結することができなくてもよい。むしろ、マトリックス入力、出力、及びアンテナ入力は、グループの任意の入力がそれと同じグループの任意の出力にのみ連結されることができるように、グループ化することができる。スイッチ634、636は、1つのグループの出力が、別のグループのアンテナ入力に連結されることができるように、アンテナ入力(例えば、給電部)を切り替えることができる。 Switches 634, 636 direct the signal to the input of either antenna 638, 640 onboard the satellite. In some embodiments, outputs from switches 634, 636 may be directed to a subset of antennas. Each antenna 638, 640 is a single feed per beam antenna aimed at a specific user beam coverage area, thereby creating a spot beam. In an alternative embodiment, the PA 630 may be directly connected to the antenna input and the matrix switch 616 determines which signal detected by each particular photodiode 612 is transmitted to which user beam coverage area. to decide. Additionally, having switches 634, 636 can reduce the complexity of switch matrix 616, even in embodiments where there are equal numbers of satellite transponders and antenna inputs. That is, when switch matrix 616 and switches 634, 636 are used in combination, switch matrix 616 may not be able to couple each input to each output. Rather, matrix inputs, outputs, and antenna inputs can be grouped such that any input in a group can only be connected to any output in the same group as it. Switches 634, 636 can switch antenna inputs (eg, feeds) such that one group of outputs can be coupled to another group of antenna inputs.

スイッチマトリックス616は、静的に又は動的な時分割多重アクセスモードで動作してよい。静的な動作モードでは、スイッチマトリックス616を介した経路の構成は、比較的長い期間にわたって本質的に固定された状態であり続ける。スイッチマトリックス616の構成は、比較的長期間にわたる送信トラヒック量の変化、長期間にわたる特定リンクの品質の変化などに適応するためにのみ変更される。対照的に、動的な時分割多重アクセスモードでは、スイッチマトリックス616は、異なる往路ダウンリンクアンテナ入力間でデータを時分割多重化するために使用される。これに合わせて、スイッチマトリックス616は、どの入力をスイッチマトリックス616の出力に連結するかを選択する。この選択は、利用者端末842、844において信号の復調時に発生する誤りの数が許容範囲内になるほどに、入力信号が十分に強いかどうかに基づく。いくつかのこのような実施形態では、光受信機622のアナログ出力を異なるアンテナ入力に時分割多重化することにより、1つのSAN 602は、2つ以上の利用者ビームカバレッジエリアに情報を提供することが可能になる。第1の期間中は、光受信機622から出力された1つ又は2つ以上の信号はそれぞれ、アンテナ入力の第1の集合のうちの一意の1つ(即ち、利用者ビームカバレッジエリアの第1の集合のうちの一意の1つに向けられたアンテナ入力)にまで連結されることができる。第2の期間中は、それらの同じ信号のうちの1つ又は2つ以上が、異なるアンテナ入力(即ち、異なる利用者ビームカバレッジエリア)にまで連結されることができる。光受信機622からのアナログ出力615のこのような時分割多重化は、光受信機622のレンズ610のうちの1つが「弱い」SAN 602(即ち、品質閾値を下回っている光リンクを有するSAN 602)に向いていることに応じて行われることができる。このような実施形態では、最初に弱いSAN 602に設定された第1のデータストリームは、コアノードによって「強い」SAN 602(即ち、品質閾値を上回っている光リンクを有するSAN 602)に向け直されることができる。強いSAN 602はその情報を時分割多重化し、その結果、時間の一部にわたって、強いSAN 602は、第1のデータストリームの送信先として意図されている利用者ビームカバレッジエリアの第1の集合に向けられた情報を送信する。第2の期間中、強いSAN 602は、利用者ビームカバレッジエリアの第2の集合に向けられた第2のデータストリームを送信する。これに合わせて、ある期間中、弱いSAN 602と衛星604との間の低品質の光リンクによって衛星604への到達が妨げられている可能性のある情報は、強いSAN 602を介して衛星604に送信されることができる。この時間中、弱いSAN 602に向いているレンズ610は、衛星604への送信をまだ行っていない強いSAN 602に向くように、向け直されることができる。上述したように、この弱いSANから強いSANへと情報を向け直すプロセスは、フィーダリンク多様性の一態様である。 Switch matrix 616 may operate in static or dynamic time division multiple access mode. In a static mode of operation, the configuration of paths through switch matrix 616 remains essentially fixed for relatively long periods of time. The configuration of switch matrix 616 is changed only to accommodate changes in the amount of transmitted traffic over relatively long periods of time, changes in the quality of a particular link over time, and the like. In contrast, in dynamic time division multiple access mode, switch matrix 616 is used to time division multiplex data between different forward downlink antenna inputs. Correspondingly, the switch matrix 616 selects which inputs are coupled to the outputs of the switch matrix 616 . This selection is based on whether the input signal is strong enough such that the number of errors in demodulating the signal at the user terminal 842, 844 is acceptable. In some such embodiments, one SAN 602 provides information for more than one user beam coverage area by time division multiplexing the analog outputs of optical receivers 622 to different antenna inputs. becomes possible. During the first time period, the one or more signals output from optical receiver 622 are each uniquely one of the first set of antenna inputs (i.e., the first of the user beam coverage areas). antenna input directed to a unique one of the set of 1). During the second period, one or more of those same signals can be coupled to different antenna inputs (ie, different user beam coverage areas). Such time-division multiplexing of the analog output 615 from the optical receiver 622 is useful if one of the lenses 610 of the optical receiver 622 is in a "weak" SAN 602 (i.e., a SAN with an optical link below the quality threshold). 602). In such an embodiment, a first data stream initially set to a weak SAN 602 is redirected by the core node to a "strong" SAN 602 (i.e., a SAN 602 with an optical link above the quality threshold). be able to. Strong SAN 602 time division multiplexes the information so that for a fraction of the time, strong SAN 602 is in the first set of user beam coverage areas intended for the first data stream. Send targeted information. During the second time period, strong SAN 602 transmits a second data stream directed to a second set of user beam coverage areas. In line with this, information that may have been blocked from reaching satellite 604 by a poor optical link between SAN 602 and satellite 604 for a period of time is sent to satellite 604 via strong SAN 602 . can be sent to During this time, lens 610 pointing at weak SAN 602 can be redirected to point at strong SAN 602 that has not yet transmitted to satellite 604 . As noted above, this process of redirecting information from weak SANs to strong SANs is an aspect of feeder link diversity.

フィーダアップリンク信号が許容不可能なフェーディングを呈しているときを決定することにより、データは、障害のあるフィーダアップリンクを使用しているSAN 602から離れて、許容可能な信号レベルを有するフィーダアップリンク信号を有するSAN 602へと送られることができる。次いで、フィーダリンク多様性のプロセスにより、選択されたSAN 602を介して送信された信号は、スイッチマトリックス616を介して、データの送信先として意図されているスポットビームに送られることができる。 By determining when the feeder uplink signal is exhibiting unacceptable fading, data can be moved away from the SAN 602 using the faulty feeder uplink to a feeder with acceptable signal levels. It can be sent to SAN 602 with an uplink signal. Through the process of feeder link diversity, signals transmitted over the selected SAN 602 can then be routed through the switch matrix 616 to the spot beams intended for the data destination.

システム600は、衛星604の内部での実装が比較的簡単であるという利点を有する。フォトダイオード612及び2相変調器614を使用した、バイナリ変調された光データからBPSK変調IF信号への変換は、比較的簡単である。このような2相変調器は、構築することが比較的に容易かつ安価であり、比較的少量の電力しか必要とせず、比較的に小型かつ軽量にすることができる。しかしながら、RF利用者ダウンリンク114上でBPSK変調を使用すると、有限のRFスペクトルを最大限に活用することはできない。即ち、RF利用者ダウンリンク114(図1を参照されたい)上でBPSKの代わりに16QAMなどのより稠密な変調方式を使用することによって、より大きい容量のRF利用者ダウンリンク114を達成することができる。 System 600 has the advantage of being relatively simple to implement inside satellite 604 . Conversion of binary modulated optical data to a BPSK modulated IF signal using photodiode 612 and binary phase modulator 614 is relatively straightforward. Such a two-phase modulator is relatively easy and inexpensive to build, requires relatively little power, and can be relatively small and lightweight. However, using BPSK modulation on the RF user downlink 114 does not make the best use of the finite RF spectrum. That is, achieving a higher capacity RF user downlink 114 by using a denser modulation scheme such as 16QAM instead of BPSK on the RF user downlink 114 (see FIG. 1). can be done.

例えば、上記の3つの技術の第2を実装するシステム600の代替実施形態では、利用者ダウンリンク上で送信されることになるアナログ信号618は、より稠密な変調方式で変調される。アナログ信号618に対して複合変調を生成するので、変調器は、ディジタルデータストリームを取得し、データストリームを1つ又は2つ以上の複合変調された信号に変換する、極めて複合的な変調器でなければならない。複合変調された信号618は、例えば、64-QAM、8psk、QPSKなどの高次変調にすることができる。代替的には、シンボルをIF搬送波上に変調することができる任意の他の変調方式を使用することもでき、シンボルは、3つ以上の論理的な状態を表す。即ち、光信号のバイナリ強度変調は、光受信機622の出力615をもたらし、元のコンテンツを表現しているバイナリ変調を有する電子信号を提供する。アナログ信号618を16QAMなどのより複合的な変調方式で変調するために、変調器614は、QAM変調器であり、したがって、フォトダイオード612から出力されたディジタルコンテンツに基づいてIF信号のQAM変調を行う。 For example, in an alternative embodiment of system 600 implementing the second of the three techniques above, analog signal 618 to be transmitted on the user downlink is modulated with a denser modulation scheme. Since it produces a complex modulation on the analog signal 618, the modulator is a highly complex modulator that takes a digital data stream and converts the data stream into one or more complex modulated signals. There must be. Composite modulated signal 618 can be, for example, a higher order modulation such as 64-QAM, 8psk, QPSK. Alternatively, any other modulation scheme can be used that allows the symbols to be modulated onto the IF carrier, where the symbols represent more than two logical states. That is, the binary intensity modulation of the optical signal results in the output 615 of the optical receiver 622 providing an electronic signal with binary modulation representing the original content. To modulate analog signal 618 with a more complex modulation scheme, such as 16QAM, modulator 614 is a QAM modulator and therefore performs QAM modulation of the IF signal based on the digital content output from photodiode 612. conduct.

これに合わせて、いくつかの実施形態では、システム600の2相変調器614は、QAM変調器614(即ち、それぞれのシンボルが3ビット以上を表現する変調器)で置き換えられる。これに合わせて、IF信号618の変調をBPSKなどのバイナリ変調方式(即ち、2つの論理的な状態)に制限するのではなくて、変調器614により、IF信号618は、より稠密な変調方式(即ち、QAMなど、シンボルが3つ以上の値を表現することができる方式)で変調されることができる。より複合的なQAM変調器は、より効率的なIF信号618の変調を提供するが(QAM対BPSK)、2相変調器と比べて、より複合的であり、より電力を必要とし、より重くかつ高価である。 Accordingly, in some embodiments, the biphasic modulator 614 of system 600 is replaced with a QAM modulator 614 (ie, a modulator in which each symbol represents 3 or more bits). Correspondingly, rather than restricting the modulation of IF signal 618 to a binary modulation scheme (i.e., two logical states) such as BPSK, modulator 614 allows IF signal 618 to be modulated into a more dense modulation scheme. (ie, a scheme in which a symbol can represent more than two values, such as QAM). A more complex QAM modulator provides more efficient modulation of the IF signal 618 (QAM vs. BPSK), but is more complex, requires more power, and weighs more than a two-phase modulator. and expensive.

図7は、システム600の復路の説明図である。利用者端末606は、バイナリ変調された信号を衛星604に送信する。アンテナの各素子(例えば、給電当たり単一ビームのアンテナ404、406)に連結されているスイッチ402は、低雑音増幅器(LNA)408、周波数変換器409、及びディジタル復号器410を含む衛星トランスポンダの中から選択する。周波数変換器409は、受信した信号を利用者アップリンク周波数からIFにダウンコンバートする。復号器410は、受信したIF信号上のバイナリ変調を復号する。これに合わせて、それぞれの復号器410の出力は、ディジタル信号である。ディジタル復号器410は、スイッチマトリックス416への入力に連結されている。スイッチマトリックス416により、利用者スポットビームのそれぞれを介して受信された信号は、各SAN 602への光ダウンリンク上に有意なフェーディングが存在するかどうかに応じて異なる光リンク上に変調される(即ち、異なるSAN 602に送信される)ことができる。スイッチマトリックス416の出力は、光送信機607への入力に連結されている。それぞれの光送信機607は、図6に示されている上述の光送信機607と本質的に同じである。光スペクトルが、往路フィーダリンク上で使用されるのと本質的に同じ態様で使用される(図5を参照されたい)、いくつかの実施形態では、4つの光帯域モジュール608のそれぞれが、マトリックススイッチ416から16個の出力を受信し、光送信機607に対して合計で64個の入力になる。衛星が8つのSAN 602から光信号を受信することができる、いくつかの実施形態では、合計で512個の出力をスイッチマトリックス416から受信することができる8つのこのような光送信機607が存在する。それぞれの光送信機607は、光信号660を出力する。光信号660は、SAN 602内の光受信機414の内部にあるレンズ412によって受信される。光受信機414及びレンズ412は、図4を参照して上述したように、衛星604の内部にある光受信機622及びレンズ610と本質的に同じである。これに合わせて、光受信機414の出力は、バイナリデータストリームである。光受信機の出力は、往路トラヒックをSAN 602に提供したネットワークなど、情報ネットワークに送信される。 FIG. 7 is an illustration of the return path of system 600 . User terminal 606 transmits a binary modulated signal to satellite 604 . A switch 402 coupled to each element of the antenna (e.g., single-beam antennas 404, 406 per feed) controls the satellite transponder, including a low noise amplifier (LNA) 408, a frequency converter 409, and a digital decoder 410. to choose from. Frequency converter 409 downconverts the received signal from the user uplink frequency to IF. Decoder 410 decodes the binary modulation on the received IF signal. Accordingly, the output of each decoder 410 is a digital signal. Digital decoder 410 is coupled to the input to switch matrix 416 . Switch matrix 416 modulates the signals received via each of the user spot beams onto different optical links depending on whether there is significant fading on the optical downlink to each SAN 602. (ie, sent to different SANs 602). The output of switch matrix 416 is coupled to the input to optical transmitter 607 . Each optical transmitter 607 is essentially the same as the optical transmitter 607 described above and shown in FIG. In some embodiments, where the optical spectrum is used in essentially the same manner as it is used on the forward feeder link (see FIG. 5), each of the four optical band modules 608 is a matrix It receives 16 outputs from switch 416 for a total of 64 inputs to optical transmitter 607 . In some embodiments where a satellite can receive optical signals from eight SANs 602, there are eight such optical transmitters 607 that can receive a total of 512 outputs from switch matrix 416. do. Each optical transmitter 607 outputs an optical signal 660 . Optical signal 660 is received by lens 412 internal to optical receiver 414 in SAN 602 . Optical receiver 414 and lens 412 are essentially the same as optical receiver 622 and lens 610 internal to satellite 604, as described above with reference to FIG. Accordingly, the output of optical receiver 414 is a binary data stream. The output of the optical receiver is transmitted to an information network, such as the network that provided forward traffic to SAN 602 .

システム600の復路リンクである、代替実施形態では、利用者端末606から衛星604への復路アップリンク上で使用される変調は、バイナリ変調よりも効率的な変調方式である。これに合わせて、バイナリ変調410は、より複合的な変調器410である。復調器410から出力されるバイナリデータは、利用者端末606によってIF信号上に変調された変調シンボルを復号した結果である。例えば、利用者アップリンク上で16QAMが使用された場合、復調器から出力される信号は、16QAMシンボルによって表現された値のディジタルストリームである。変換器502から出力されたバイナリ信号は、スイッチマトリックス416への入力に連結されている。バイナリ復調器及び複合復調器410はどちらも、光送信機607によってフィーダダウンリンク上に送信される光信号のバイナリ変調を行うために使用されるディジタルデータストリームを出力する。 In an alternative embodiment, which is the return link of system 600, the modulation used on the return uplink from user terminal 606 to satellite 604 is a more efficient modulation scheme than binary modulation. Along with this, binary modulation 410 is a more complex modulator 410 . The binary data output from demodulator 410 is the result of decoding the modulation symbols modulated onto the IF signal by user terminal 606 . For example, if 16QAM is used on the user uplink, the signal output from the demodulator is a digital stream of values represented by 16QAM symbols. The binary signal output from converter 502 is coupled to the input to switch matrix 416 . Both the binary demodulator and the composite demodulator 410 output digital data streams that are used to perform binary modulation of the optical signal transmitted by the optical transmitter 607 on the feeder downlink.

図8は、第3の技術を実装するためのシステム800の簡略化した概略図である。システム800のいくつかの実施形態では、SAN 802は、IF変換器1605へのベースバンドの入力に連結されている「ベースバンド」信号809として往路トラヒックを受信する。いくつかの実施形態では、7本の500MHz幅ベースバンドサブチャネル809が、3.5GHz幅IF信号811に合成される。3.5GHz幅信号811のそれぞれは、1つの利用者カバレッジエリア1801に送信される。図9は、システム800内でのベースバンドサブチャネル809と、IF信号811と、光信号との間の関係を例示している。
使用可能な他の帯域幅の実施例には、500MHz(例えば、単一の500MHzサブチャネル)、900MHz、1.4GHz、1.5GHz、1.9GHz、2.4GHz、又は任意の他の好適な帯域幅が挙げられる。
FIG. 8 is a simplified schematic diagram of a system 800 for implementing the third technique. In some embodiments of system 800 , SAN 802 receives forward traffic as “baseband” signal 809 coupled to the baseband input to IF converter 1605 . In some embodiments, seven 500 MHz wide baseband subchannels 809 are combined into a 3.5 GHz wide IF signal 811 . Each of the 3.5 GHz wide signals 811 is transmitted to one user coverage area 1801 . FIG. 9 illustrates the relationship between baseband subchannels 809, IF signals 811, and optical signals within system 800. FIG.
Examples of other bandwidths that can be used include 500 MHz (e.g., a single 500 MHz subchannel), 900 MHz, 1.4 GHz, 1.5 GHz, 1.9 GHz, 2.4 GHz, or any other suitable bandwidth.

図10は、図8に示されているSAN 802など、SAN 802の簡略化した説明図である。いくつかの実施形態では、64個のベースバンドからIFへの変換器1605が存在し、これらは、4つのIFコンバイナ1602に組織化されて図示されており、それぞれのIFコンバイナは16個の変換器1605を含む。IF変換器1602内でのベースバンドからIFへの変換器1605のグループ化は、図8では図を簡略化するために示されていない。64個のベースバンドからIFへの変換器1605のそれぞれは、S個の入力を有しており、Sはサブチャネル809の本数である。サブチャネル809が帯域幅500MHzを有し、かつ、信号811が帯域幅3.5GHzを有する、いくつかの実施形態では、Sは7に等しい。それぞれの入力は、サブチャネル809のうちの1つを対応する周波数変換器1606に連結する。周波数変換器1606は、サブチャネル809の部分集合(例えば、図10ではS=7)が加算器1608で加算されることができるように、周波数オフセットを提供する。これに合わせて、図10に例示されているものなど、いくつかの実施形態では、SAN 802は、それぞれが3.5GHz幅の64本のチャネルを処理する。いくつかの実施形態では、3.5GHz幅の信号は、中心をDCに合わせることができる(即ち、ゼロIF変調を使用する)。代替的には、信号811は、中心を特定のRF周波数に合わせることができる。特定の一実施形態では、RF搬送波811は、中心をRFダウンリンク周波数に合わせられている(この場合、衛星は、以下に更に説明されるように、アップコンバータ626が不要になる)。それぞれの加算回路1608からの出力811は、64個の光変調器611のうちの1つに連結されているIF信号811である。64個の光変調器611は、4つの光帯域モジュール608にグループ化されている。それぞれの光変調器611は、図6に示されている上述の光変調器611と本質的に同様に動作する。しかしながら、それぞれの光変調器608への入力811はアナログ信号なので、それぞれの光変調器611から出力される光信号は、IF信号811の振幅に従った振幅エンベロープを有する強度変調された光信号である。 FIG. 10 is a simplified illustration of a SAN 802, such as SAN 802 shown in FIG. In some embodiments, there are 64 baseband-to-IF converters 1605, which are shown organized into four IF combiners 1602, each with 16 conversions. 1605. The grouping of baseband to IF converters 1605 within IF converter 1602 is not shown in FIG. 8 for simplicity of illustration. Each of the 64 baseband-to-IF converters 1605 has S inputs, where S is the number of subchannels 809 . In some embodiments where subchannel 809 has a bandwidth of 500 MHz and signal 811 has a bandwidth of 3.5 GHz, S is equal to seven. Each input couples one of the subchannels 809 to a corresponding frequency converter 1606 . Frequency translator 1606 provides a frequency offset such that a subset of subchannels 809 (eg, S=7 in FIG. 10) can be added in adder 1608 . Accordingly, in some embodiments, such as that illustrated in FIG. 10, SAN 802 handles 64 channels, each 3.5 GHz wide. In some embodiments, the 3.5 GHz wide signal can be centered at DC (ie, using zero-IF modulation). Alternatively, signal 811 can be centered on a particular RF frequency. In one particular embodiment, RF carrier 811 is centered on the RF downlink frequency (in which case the satellite would not need upconverter 626, as further described below). The output 811 from each summing circuit 1608 is an IF signal 811 that is coupled to one of the 64 optical modulators 611 . The 64 optical modulators 611 are grouped into 4 optical band modules 608 . Each light modulator 611 operates in essentially the same manner as the light modulators 611 shown in FIG. 6 and described above. However, since the input 811 to each optical modulator 608 is an analog signal, the optical signal output from each optical modulator 611 is an intensity-modulated optical signal having an amplitude envelope according to the amplitude of the IF signal 811. be.

光コンバイナ609は、64個の光変調器611のそれぞれからの出力を合成して、波長分割多重化(WDM)合成光信号1624を生成する。ベースバンドからIFへの変換器1605の数、及び光帯域モジュール608内の光変調器611の数は、様々であり得る。図9に示されているように、4つの光変調器611は、中心に1100ナノメートル、1300ナノメートル、1550ナノメートル、及び2100ナノメートルの波長を有する光信号を出力するように設計されることができる。 Optical combiner 609 combines the outputs from each of 64 optical modulators 611 to produce wavelength division multiplexed (WDM) combined optical signal 1624 . The number of baseband to IF converters 1605 and the number of optical modulators 611 in the optical band module 608 can vary. As shown in FIG. 9, the four optical modulators 611 are designed to output optical signals with wavelengths of 1100 nm, 1300 nm, 1550 nm and 2100 nm centered. be able to.

システム800では、光送信機607(図4の光送信機607と同様のもの)は、RF変調された合成光信号1624を放出する。RF変調された合成光信号1624は、衛星804の内部でレンズ610によって受信される(図8を参照されたい)。レンズ610は、光信号を衛星804に送信することができる複数のSAN 802のうちのいずれかに向けられることができる。レンズ610の出力は、フォトダイオード612(例えばPINダイオード)など、光検知器の入力に連結されている。フォトダイオード612は、光信号のエンベロープ(即ち、強度の外形)を検知し、光信号のエンベロープを電気信号に変換する。光信号はIF信号811で強度変調されているので、フォトダイオード612から出力された、結果として生じた電気信号は、SAN 802によって合成光信号1624上に変調されたIF信号811と本質的に同じである。フォトダイオード612は、増幅器808に連結されている。次いで、増幅器808から出力された信号は、マトリックススイッチ616の入力に連結されている。マトリックススイッチ616は、図4に関して上で論じたマトリックススイッチ616と同様に機能する。これに合わせて、スイッチマトリックス616は、どの入力をスイッチマトリックス616の出力に連結するかを選択する。マトリックススイッチ616の出力は、信号811がゼロIFに位置している実施形態では上述のシステム600の場合と同様に処理される。SAN内でベースバンドからIFモジュール607へと出力された信号811が、衛星804からそのまま送信される周波数に位置している実施形態では、アップコンバータ626が不要であることを除けば、処理は同様になる。 In system 800 , optical transmitter 607 (similar to optical transmitter 607 in FIG. 4) emits RF modulated composite optical signal 1624 . RF modulated composite optical signal 1624 is received by lens 610 inside satellite 804 (see FIG. 8). Lens 610 can be aimed at any of a plurality of SANs 802 that can transmit optical signals to satellites 804 . The output of lens 610 is coupled to the input of a photodetector, such as photodiode 612 (eg, PIN diode). Photodiode 612 senses the envelope (ie, intensity profile) of the optical signal and converts the envelope of the optical signal into an electrical signal. Since the optical signal is intensity modulated with IF signal 811, the resulting electrical signal output from photodiode 612 is essentially the same as IF signal 811 modulated onto composite optical signal 1624 by SAN 802. is. Photodiode 612 is coupled to amplifier 808 . The signal output from amplifier 808 is then coupled to the input of matrix switch 616 . Matrix switch 616 functions similarly to matrix switch 616 discussed above with respect to FIG. Correspondingly, the switch matrix 616 selects which inputs are coupled to the outputs of the switch matrix 616 . The output of matrix switch 616 is processed in the same manner as in system 600 described above in embodiments where signal 811 is at zero IF. In embodiments where the signal 811 output in the SAN from baseband to IF module 607 is located at the frequency that is transmitted directly from satellite 804, the processing is similar, except that upconverter 626 is not required. become.

図11は、システム800の復路リンクの説明図である。システム800の復路リンクは、本質的には図7に示されているのと同じである。しかしながら、利用者端末606が、バイナリ変調を有する信号を送信するのではなくて、利用者端末606は、より効率的な変調(例えば、QPSKではなくて16QAM)を有する信号を送信する。これに合わせて、出力ディジタル復号器410は不要である。ダウンコンバータ850は、利用者アップリンク上で使用されているRF周波数を適当なIF周波数にダウンコンバートする。いくつかの実施形態では、IF周波数信号は、3.5GHz幅のゼロIF信号である。それぞれのダウンコンバータ850の出力は、スイッチマトリックス416の入力に連結されている。そのため、MZM変調器652の入力(図6を参照されたい)は、スイッチマトリックス416からアナログ信号を受信する。これに合わせて、それぞれの光変調器611の出力は、強度エンベロープがダウンコンバータ850から出力された信号を追跡している、強度変調された光信号である。いくつかの実施形態では、光変調器611は、RF利用者アップリンク周波数を光信号上に直接変調する。これに合わせて、周波数変換器850は不要である。ダウンコンバータ850が利用者アップリンク周波数をゼロIF信号に減少させる実施形態では、合成された光信号660は、図7に関して論じたのと同様に処理される。光信号が利用者アップリンク周波数で変調される実施形態では、ダウンコンバータは、モデム418内に、又は光受信機414からの信号をモデム418に連結する前に、含められてもよい。 FIG. 11 is an explanatory diagram of the return link of system 800. As shown in FIG. The return link of system 800 is essentially the same as shown in FIG. However, rather than user terminal 606 transmitting a signal with binary modulation, user terminal 606 transmits a signal with a more efficient modulation (eg, 16QAM instead of QPSK). Correspondingly, output digital decoder 410 is not required. Downconverter 850 downconverts the RF frequency being used on the customer uplink to the appropriate IF frequency. In some embodiments, the IF frequency signal is a 3.5 GHz wide zero IF signal. The output of each downconverter 850 is coupled to the input of switch matrix 416 . As such, the input of MZM modulator 652 (see FIG. 6) receives analog signals from switch matrix 416 . Accordingly, the output of each optical modulator 611 is an intensity modulated optical signal whose intensity envelope tracks the signal output from downconverter 850 . In some embodiments, optical modulator 611 modulates the RF user uplink frequency directly onto the optical signal. Correspondingly, frequency converter 850 is not required. In embodiments in which downconverter 850 reduces the user uplink frequency to a zero-IF signal, combined optical signal 660 is processed similarly as discussed with respect to FIG. In embodiments where the optical signal is modulated at the user uplink frequency, a downconverter may be included within modem 418 or prior to coupling the signal from optical receiver 414 to modem 418 .

フィーダリンク上の信号を変調するための3つの異なる技術について論じてきたが、これらの技術のそれぞれは、第1のシステムアーキテクチャを使用しており、このアーキテクチャは、受信した搬送波を利用者スポットビームへ柔軟に割り当てることを可能にするためにマトリックススイッチ616を使用する衛星を有する。ここからは、第2及び第3のシステムアーキテクチャについて論じる。第2のシステムアーキテクチャは、オンボードビーム形成を有する衛星を含んでいる。第3のシステムアーキテクチャは、地上ビーム形成を使用する。 We have discussed three different techniques for modulating the signal on the feeder link, each of which uses a first system architecture, which converts the received carrier into a user spot beam It has satellites that use a matrix switch 616 to allow flexible assignment to. The second and third system architectures will now be discussed. A second system architecture includes satellites with onboard beamforming. A third system architecture uses terrestrial beamforming.

図12は、図4に示されている技術を使用したシステム1000の簡略化した概略図である(即ち、光フィーダアップリンクをバイナリ変調で変調し、そのバイナリコンテンツを使用してRF利用者ダウンリンクを変調する)。ただし、システム1000は、衛星1004がオンボードビーム形成を行うことができる、第2のシステムアーキテクチャを使用する。システム1000は、上述のシステム600と同様に動作する。しかしながら、それぞれの2相変調器614からのIF出力は、スイッチマトリックス616ではなくて、加重/コンバイナモジュール1006に連結されている。 FIG. 12 is a simplified schematic diagram of a system 1000 using the technique shown in FIG. 4 (i.e., modulating an optical feeder uplink with binary modulation and using that binary content to link). However, system 1000 uses a second system architecture in which satellites 1004 are capable of on-board beamforming. System 1000 operates similarly to system 600 described above. However, the IF output from each bi-phase modulator 614 is coupled to weighting/combiner module 1006 rather than switch matrix 616 .

図13は、K個の往路ビーム信号1002が加重/コンバイナモジュール1006内でビーム形成器入力モジュール1052によって受信される、加重/コンバイナモジュール1006の簡略化したブロック図である。K個の信号1002は、入力モジュール1052を介してN経路分割モジュール1054に送られる。N経路分割モジュール1054は、K個の信号1002のそれぞれを、それぞれの往路ビーム信号のN個のコピーに分割し、Nは、K本の利用者スポットビームを形成するために使用されるアンテナアレイ内の素子の数である。 FIG. 13 is a simplified block diagram of weighting/combiner module 1006 in which K forward beam signals 1002 are received by beamformer input module 1052 within weighting/combiner module 1006 . K signals 1002 are sent to split N path module 1054 via input module 1052 . An N-path splitting module 1054 splits each of the K signals 1002 into N copies of each forward beam signal, where N is the antenna array used to form the K user spot beams. is the number of elements in

図4に関して上述したシステムの実施例では、8個のアクティブなSANが存在し、それぞれが、64本の光チャネルを含む光信号を送信している。64本の光チャネルのそれぞれは、3.5GHzのIF信号(即ち、往路ビーム信号)を搬送する。したがって、512個の往路ビーム信号(即ち、8個のSAN×64個のIF信号)が存在する。これに合わせて、K=512である。いくつかの実施形態では、衛星は、512個のアレイ素子を有するアンテナアレイ1008を有する。これに合わせて、N=512である。 In the example system described above with respect to FIG. 4, there are eight active SANs, each transmitting optical signals containing 64 optical channels. Each of the 64 optical channels carries a 3.5 GHz IF signal (ie, forward beam signal). Therefore, there are 512 forward beam signals (ie, 8 SANs x 64 IF signals). Correspondingly, K=512. In some embodiments, the satellite has an antenna array 1008 with 512 array elements. Accordingly, N=512.

N経路分割モジュール1054からのそれぞれの出力は、512個の加重及び加算モジュール1056のうちの1つの対応する入力に連結されている。512個の加重及び加算モジュール1056のそれぞれは、512個の加重回路1058を含む。512個の加重回路1058のそれぞれは、N経路分割モジュール1054から出力された512個の信号のうちの対応する1つに対して加重値を配する(即ち、増幅し、位相シフトさせる)。加重回路1058からの加重出力は、加算器1060によって加算されて、512個のビーム素子信号1062を形成する。512個のビーム素子信号1062のそれぞれは、ビーム形成器出力モジュール1064を介して出力される。図12を再び見ると、加重/コンバイナモジュール1006から出力された512個のビーム素子信号1062はそれぞれ、512個のアップコンバータ626のうちの対応する1つに連結されている。アップコンバータ626は、PA 630に連結されている。PA 630の出力はそれぞれ、アンテナアレイ1008の512個のアンテナ素子のうちの対応する1つに連結されている。アンテナアレイは、直接放射型アレイ(それぞれのアンテナ素子が所望の方向に直接放出する)、アレイ給電反射器(それぞれのアンテナ素子が、全てのアンテナ素子によって共有されている反射器を照射する)、又は任意の他の好適なアンテナ構成のうちのいずれかにすることができる。アンテナアレイ1008と加重コンバイナモジュール1006との組み合わせは、フェーズドアレイアンテナとも称される。 Each output from N-path splitting module 1054 is coupled to a corresponding input of one of 512 weighting and summing modules 1056 . Each of the 512 weighting and summing modules 1056 includes 512 weighting circuits 1058 . Each of the 512 weighting circuits 1058 applies a weight to (ie, amplifies and phase shifts) a corresponding one of the 512 signals output from the N-path splitting module 1054 . The weighted outputs from weighting circuit 1058 are summed by summer 1060 to form 512 beam element signals 1062 . Each of the 512 beam element signals 1062 is output via a beamformer output module 1064 . 12, each of the 512 beam element signals 1062 output from the weighting/combiner module 1006 is coupled to a corresponding one of the 512 upconverters 626. Upconverter 626 is coupled to PA 630 . Each output of PA 630 is coupled to a corresponding one of the 512 antenna elements of antenna array 1008 . Antenna arrays include direct-radiating arrays (each antenna element emits directly in a desired direction), array-fed reflectors (each antenna element illuminates a reflector shared by all antenna elements), or any of any other suitable antenna configuration. The combination of antenna array 1008 and weighted combiner module 1006 is also referred to as a phased array antenna.

信号の相対加重値がフェーズドアレイアンテナ1008内のそれぞれの位置で素子に適用されると、複数の加重された信号が互いの上に重なって、ひいてはコヒーレントに合成されて、利用者ビームを形成することになる。 When the relative weights of the signals are applied to the elements at their respective locations within the phased array antenna 1008, the multiple weighted signals are superimposed on top of each other and thus coherently combined to form a user beam. It will be.

これに合わせて、複数の信号1002に所望の加重を適用して、加重/コンバイナモジュール1006から出力されるビーム素子信号1062を生成することにより、加重/コンバイナモジュール1006のそれぞれの入力に印加された信号1002は、複数の利用者ビームカバレッジエリアのうちの1つに向けられることができる。衛星1004は、加重/コンバイナモジュール1006及びアレイアンテナ1008を使用して、任意の受信信号を任意の利用者ビームカバレッジエリアに向けることができるので、許容不可能なフェーディングを呈している特定のフィーダアップリンクを介して送信されることになっていた情報は、他のSANのうちの1つに送られることができる。これに合わせて、情報は、マトリックススイッチ616との関連で上述されているように、許容不可能なフェーディングを呈していないSAN 602を介して衛星1004に送信されて、フィードリンク多様性を提供することができる。上述したようにレンズ610のうちの1つによって受信された信号をいくつかの利用者スポットビームで送信するために、同様の時分割多重化を行うことができる。 Correspondingly, by applying the desired weightings to the plurality of signals 1002 to produce the beam element signals 1062 output from the weighting/combiner module 1006, the Signal 1002 can be directed to one of multiple user beam coverage areas. Satellite 1004 can use weighting/combiner modules 1006 and array antennas 1008 to direct any received signal to any user beam coverage area, thus avoiding a particular feeder exhibiting unacceptable fading. Information that was to be sent via the uplink can be sent to one of the other SANs. Accordingly, information is transmitted to satellites 1004 via SAN 602 that does not exhibit unacceptable fading, as described above in connection with matrix switch 616, to provide feedlink diversity. can do. Similar time division multiplexing can be performed to transmit the signal received by one of the lenses 610 as described above in several user spot beams.

オンボードビーム形成を有する衛星1004を使用すると、複数のSAN 602から受信された信号に関してフィーダリンク多様性を可能にする柔軟性が提供される。オンボードビーム形成の使用は、図4に示されているスイッチマトリックス616を不要にする。同様のアーキテクチャは、復路(即ち、利用者アップリンク及びフィーダダウンリンク)上で用いられることができる。即ち、利用者地上端末606は、利用者アップリンク上で衛星1004までRF信号を送信する。アンテナアレイ1008内の受信素子は、RF信号を受信する。加重/コンバイナモジュール1006は、アンテナ1008のそれぞれの受信素子によって受信された受信信号を加重して受信ビームを作成する。加重/コンバイナモジュール1006からの出力は、RFからIFにダウンコンバートされる。 Using satellites 1004 with onboard beamforming provides flexibility to allow feeder link diversity for signals received from multiple SANs 602 . The use of on-board beamforming obviates the switch matrix 616 shown in FIG. A similar architecture can be used on the return path (ie, user uplink and feeder downlink). That is, user ground terminal 606 transmits RF signals to satellite 1004 over the user uplink. Receiving elements in antenna array 1008 receive the RF signals. A weight/combiner module 1006 weights the received signals received by respective receive elements of antenna 1008 to form receive beams. The output from weighting/combiner module 1006 is downconverted from RF to IF.

いくつかの実施形態では、アップコンバータ626が、加重/コンバイナモジュール1006の、出力にではなくて、入力に配置される。したがって、RF信号(例えば、20GHzの信号)が加重され、加算される。次いで、ビーム素子信号は、アンテナアレイ素子のそれぞれを介して送信される。 In some embodiments, upconverter 626 is placed at the input of weighting/combiner module 1006 rather than at the output. Therefore, RF signals (eg, 20 GHz signals) are weighted and summed. The beam element signals are then transmitted via each of the antenna array elements.

いくつかの実施形態では、衛星は、いくつかの加重/コンバイナモジュールを有する(簡略化のために図示せず)。それぞれの加重/コンバイナモジュールへの入力は、1つ又は2つ以上の光受信機622に連結されている。いくつかの実施形態では、1つの光受信機622からの全ての出力は、同じ加重/コンバイナモジュールに連結されている。それぞれの加重/コンバイナモジュールは、N個の出力を生成する。それぞれの加重/コンバイナモジュールからのN個の出力は、1つのN素子アンテナアレイ(簡略化のために1つのみ図示されている)の素子に1対1で連結されている。これに合わせて、アンテナアレイ1008と加重/コンバイナモジュール1006との間に1対1の関係が存在する。 In some embodiments, the satellite has several weighting/combiner modules (not shown for simplicity). Inputs to each weighting/combiner module are coupled to one or more optical receivers 622 . In some embodiments, all outputs from one optical receiver 622 are coupled to the same weighting/combiner module. Each weight/combiner module produces N outputs. The N outputs from each weighting/combiner module are coupled one-to-one to the elements of one N-element antenna array (only one is shown for simplicity). In line with this, there is a one-to-one relationship between the antenna array 1008 and the weighting/combiner modules 1006 .

いくつかの実施形態では、図12に示されている第2のアーキテクチャ(即ち、オンボードビーム形成)は、システム600と同様に、QAM変調器614と共に使用される。ただし、衛星1104は、オンボードビーム形成を有する。 In some embodiments, the second architecture (ie, on-board beamforming) shown in FIG. 12 is used with QAM modulator 614 similar to system 600 . However, satellite 1104 has onboard beamforming.

図14は、光信号がSAN 802においてRF変調される図8に関して論じた技術を使用するシステム1200の簡略化した概略図である。ただし、衛星アーキテクチャは、衛星1204がオンボードビーム形成能力を有する図12及び図11のものと同様である。SAN 802、レンズ810、光検知器(フォトダイオード812など)、増幅器613、及びアップコンバータ626は全て、図8に関して説明したものと同様である。一方、加重/コンバイナモジュール1006及びアレイアンテナ1008は、図10、図10A、及び図11に関して説明したものと同様である。図12で説明したアーキテクチャと同様に、加重/コンバイナ1006及びアレイアンテナ1008は、衛星1004が、SAN 802のうちの1つ又は2つ以上から受信された信号のコンテンツを利用者ビームカバレッジエリアのいずれかに送信することを可能にし、それにより、フィーダリンク多様性を提供する。したがって、SAN 802から衛星へのフィーダアップリンクの1つ又は2つ以上が、許容不可能なフェーディングを有する場合、そのフィーダアップリンク上で送信されることになっていたコンテンツは、代わりに他のSAN 802のうちの1つを介して、許容不可能なフェーディングを呈していないフィーダアップリンクを使用して、送信されることができる。 FIG. 14 is a simplified schematic diagram of a system 1200 using the techniques discussed with respect to FIG. 8 in which an optical signal is RF modulated in SAN 802. However, the satellite architecture is similar to that of Figures 12 and 11 with satellite 1204 having on-board beamforming capability. SAN 802, lens 810, photodetector (such as photodiode 812), amplifier 613, and upconverter 626 are all similar to those described with respect to FIG. The weighting/combiner module 1006 and array antenna 1008, on the other hand, are similar to those described with respect to FIGS. Similar to the architecture described in FIG. 12, weighting/combiner 1006 and array antenna 1008 allow satellite 1004 to combine the content of signals received from one or more of SANs 802 into any of the user beam coverage areas. , thereby providing feeder link diversity. Therefore, if one or more of the feeder uplinks from SAN 802 to the satellite has unacceptable fading, content that was to be sent on that feeder uplink will instead be sent on other feeder uplinks. SAN 802 using a feeder uplink that does not exhibit unacceptable fading.

図15は、光往路アップリンク1402及び無線周波数往路ダウンリンク1404を含む、第3のシステムアーキテクチャ(即ち、地上ビーム形成)を使用した衛星通信システム1400の往路リンクの説明図である。いくつかの実施形態では、システム1400は、512個の利用者ビームカバレッジエリア1801(以下に詳細に論じられている図19を参照されたい)内に位置する利用者端末806と通信するための比較的大容量の高信頼性システムを作成するように、往路リンク地上ビーム形成器1406、衛星1408、及び比較的多数(M個)のSAN 1410を含む。システム1400の議論の全体を通して、実施例ではM=8のSAN 1410が示されている。しかしながら、M=8は、単に都合のよい実施例でしかなく、システム1400などの開示されるシステムを特定の数のSAN 1410に制限することを意図するものではない。また、システム1400の実施例では、64本の光チャネルが示されている。更に、アンテナアレイは、512個の素子を有するものとして示されている。上述したように、特定の周波数、波長、アンテナアレイ素子、及び類似の並列チャネル、構成要素、デバイス、利用者ビームカバレッジエリアの数などは、本明細書に添付された特許請求の範囲によって明示的に制限されない限り、開示されるシステムが実装されることのできる態様に関する制限として見なされるべきではない。 FIG. 15 is an illustration of a forward link of a satellite communication system 1400 using a third system architecture (ie, terrestrial beamforming), including an optical forward uplink 1402 and a radio frequency forward downlink 1404 . In some embodiments, system 1400 compares for communicating with user terminals 806 located within 512 user beam coverage areas 1801 (see FIG. 19 discussed in detail below). It includes a forward link terrestrial beamformer 1406, satellites 1408, and a relatively large number (M) of SANs 1410 so as to create a highly reliable system of relatively high capacity. Throughout the discussion of system 1400, the example shows SAN 1410 with M=8. However, M=8 is merely a convenient example and is not intended to limit a disclosed system such as system 1400 to any particular number of SANs 1410 . Also, in the embodiment of system 1400, 64 optical channels are shown. Additionally, the antenna array is shown as having 512 elements. As noted above, specific frequencies, wavelengths, antenna array elements, and similar parallel channels, components, devices, numbers of user beam coverage areas, etc. are expressly defined by the claims appended hereto. should not be viewed as a limitation as to the manner in which the disclosed system may be implemented unless limited to

システム1400を介して伝達される往路トラヒック(即ち、往路ビーム入力信号1407)は、最初にインターネットなどの発信源から、コアノード又は類似のエンティティなどの配信機器を介して(図示せず)、ビーム形成器1406に提供される。配信機器は、他の機能を行うことに加えて、送信用の周波数及び/又はタイムスロットの個々の利用者端末への割り当てを管理し、宛先が特定のビームとなる送信用データをグループ化してもよい。ビーム形成器1406への入力信号1407(又は往路ビーム入力信号1407によって搬送されている情報のいくらかの部分)は、512本の利用者ビームのそれぞれに向けられたデータストリーム(又は変調されたデータストリーム)を表現することができる。一実施形態では、512個の往路ビーム入力信号1407のそれぞれは、3.5GHz幅IF信号である。いくつかの実施形態では、往路ビーム入力信号1407は、ビーム形成器1406の入力に連結されている合成3.5GHz幅搬送波である。 Outbound traffic conveyed through system 1400 (i.e., outbound beam input signal 1407) is initially beamformed from a source, such as the Internet, through distribution equipment, such as a core node or similar entity (not shown). provided to device 1406 . In addition to performing other functions, the distribution equipment manages the allocation of frequencies and/or time slots for transmission to individual user terminals and groups data for transmission destined for specific beams. good too. Input signal 1407 (or some portion of the information carried by forward beam input signal 1407) to beamformer 1406 is a data stream (or modulated data stream) directed to each of the 512 user beams. ) can be expressed. In one embodiment, each of the 512 forward beam input signals 1407 is a 3.5 GHz wide IF signal. In some embodiments, forward beam input signal 1407 is a composite 3.5 GHz wide carrier coupled to the input of beamformer 1406 .

往路ビーム入力信号1407のそれぞれは、ビーム形成器1406によって利用者ビームカバレッジエリア1801に「向けられる」。ビーム形成器1406は、(図16に関して以下に更に説明されるように)ビーム加重値を512個の往路ビーム入力信号1407に適用して、N個のビーム素子信号1409からなる集合を形成することによって、往路ビーム入力信号1407を特定の利用者ビームカバレッジエリア1801に向ける。一般には、NはK以上である。いくつかの実施形態では、N=512及びK=512である。512個のビーム素子信号1409は、増幅され、周波数変換されて、RFビーム素子信号1411を形成する。それぞれは、N素子(即ち、512素子)アンテナアレイ1416の素子から送信される。RFビーム素子信号1411は、利用者ビームカバレッジエリア1801内で互いの上に重なる。送信されたRFビーム素子信号1411の重ね合わせは、利用者ビームカバレッジエリア1801内で利用者ビームを形成する。 Each forward beam input signal 1407 is “directed” by beamformer 1406 into user beam coverage area 1801 . A beamformer 1406 applies beam weights (as further described below with respect to FIG. 16) to the 512 forward beam input signals 1407 to form a set of N beam element signals 1409. directs the forward beam input signal 1407 to a particular user beam coverage area 1801 . Generally, N is greater than or equal to K. In some embodiments, N=512 and K=512. The 512 beam element signals 1409 are amplified and frequency converted to form RF beam element signals 1411 . Each is transmitted from an element of an N-element (ie, 512-element) antenna array 1416 . RF beam element signals 1411 overlap each other within user beam coverage area 1801 . The superposition of the transmitted RF beam element signals 1411 forms a user beam within the user beam coverage area 1801 .

いくつかの実施形態では、512個のビーム素子信号1409は、いくつかのSAN 1410の間で分割される。これに合わせて、ビーム素子信号1409の部分集合(例えば、512/8)は、それぞれのSAN 1410に連結されており、8はSAN 1410の数である。したがって、8個のSAN 1410の組み合わせは、ビーム形成器1406から衛星1408に512個のビーム素子信号1409を送信することになる。いくつかの実施形態では、ビーム形成器1406は、SAN 1410のうちの1つと同じ場所に位置する。代替的には、ビーム形成器1406は別の場所に位置する。更に、いくつかの実施形態では、ビーム形成器1406は、いくつかの場所の間で分散されていてもよい。このような一実施形態では、ビーム形成器1406の部分は、それぞれのSAN 1410と同じ場所に位置する。ビーム形成器1406のこのようなそれぞれの部分は、往路トラヒック1407の全てを受信するが、ビーム形成器1406のその部分と同じ場所に位置するSAN 1410に送信されるそれらの64(即ち、512/8)個の信号1409のみにビーム加重値を適用する。いくつかの実施形態では、いくつかのビーム形成器が提供される(簡略化のために図示せず)。それぞれのビーム形成器は、N個の出力(即ち、ビーム素子信号)を生成する。N個のビーム素子信号は、衛星1408上の1つのN素子アンテナアレイ(簡略化のために1つのみ図示されている)の素子に1対1で連結されることになる。これに合わせて、アンテナアレイ1416とビーム形成器1406との間に1対1の関係が存在する。1つのビーム形成器1406からのビーム素子の全てが、1つのSAN 1410を介して衛星1408に送信される、いくつかの実施形態では、別のSAN 1410からの送信のタイミングを調整する必要はない。代替的には、同じビーム形成器1406から出力されたビーム素子が異なるSANを介して衛星1408に送信される実施形態では、ビーム素子信号のタイミングは、以下に更に論じるようにタイミング制御を使用して考慮される。 In some embodiments, the 512 beam element signals 1409 are split among several SANs 1410 . Correspondingly, a subset (eg, 512/8) of beam element signals 1409 is coupled to each SAN 1410, where 8 is the number of SANs 1410. FIG. Thus, the combination of 8 SANs 1410 will transmit 512 beam element signals 1409 from beamformer 1406 to satellite 1408 . In some embodiments, beamformer 1406 is co-located with one of SANs 1410 . Alternatively, beamformer 1406 is located elsewhere. Further, in some embodiments, beamformers 1406 may be distributed among several locations. In one such embodiment, portions of beamformers 1406 are co-located with respective SANs 1410 . Each such portion of beamformer 1406 receives all of the forward traffic 1407, but 64 of them (i.e., 512/512/1410) transmitted to SAN 1410 co-located with that portion of beamformer 1406. 8) Apply beam weights to only one signal 1409; In some embodiments, several beamformers are provided (not shown for simplicity). Each beamformer produces N outputs (ie, beam element signals). The N beam element signals will be coupled one-to-one to the elements of one N-element antenna array (only one is shown for simplicity) on satellite 1408 . In line with this, there is a one-to-one relationship between antenna array 1416 and beamformer 1406 . All of the beam elements from one beamformer 1406 are transmitted to the satellite 1408 via one SAN 1410. In some embodiments, there is no need to coordinate the timing of transmissions from another SAN 1410. . Alternatively, in embodiments in which beam elements output from the same beamformer 1406 are transmitted to satellites 1408 over different SANs, the timing of the beam element signals uses timing control as discussed further below. are taken into account.

アンテナアレイ1416のN個の素子のそれぞれから送信されたRFビーム素子信号1411のそれぞれの間の位相関係、及びそれぞれの相対振幅により、ビーム素子信号が適切に重なって、所望の利用者ビームカバレッジエリア1801内にビームが形成されるかどうかが決まる。8個のSAN 1410(即ち、M=8)が存在するいくつかの実施形態では、それぞれのSAN 1410は、64個のビーム素子信号1409を受信する。 The phase relationship between each of the RF beam element signals 1411 transmitted from each of the N elements of the antenna array 1416, and the relative amplitude of each, allows the beam element signals to properly overlap to provide the desired user beam coverage area. It determines whether a beam is formed in 1801 or not. In some embodiments where there are eight SANs 1410 (ie, M=8), each SAN 1410 receives 64 beam element signals 1409 .

512個のRFビーム素子信号1411の互いに対する位相及び振幅の関係を維持するために、ビーム形成器1406は、N個のビーム素子信号1409に加えて、8個のタイミングパイロット信号1413をそれぞれのSAN 1410に対して1つずつ出力する。それぞれのタイミングパイロット信号1413は、ビーム形成器1406からそれぞれのSAN 1410への送信時には、他のタイミングパイロット信号と揃っている。加えて、それぞれのタイミングパイロット信号1413の振幅は等しくなっている。 To maintain the phase and amplitude relationship of the 512 RF beam element signals 1411 to each other, the beamformer 1406 sends eight timing pilot signals 1413 in addition to the N beam element signals 1409 to each SAN. 1410 outputs one by one. Each timing pilot signal 1413 is aligned with other timing pilot signals upon transmission from the beamformer 1406 to each SAN 1410 . Additionally, the amplitude of each timing pilot signal 1413 is equal.

図16は、往路ビーム形成器1406の詳細な説明図である。往路ビーム形成器1406は、システム1400を介して送信される往路トラヒックを表している512個の往路ビーム信号1407を受信する。信号1407は、マトリックス乗算器1501によって受信される。マトリックス乗算器1501は、ビーム形成器入力モジュール1502、512経路分割モジュール1504、並びに512個の加重及び加算モジュール1506を含む。マトリックス乗算器の他の配置、実装、又は構成を使用することができる。512個の往路ビーム信号1407のそれぞれは、512個の利用者ビームカバレッジエリア1801のうちの対応する1つの内部で受信されることが意図されている。これに合わせて、512個の利用者ビームカバレッジエリア1801と512個の往路ビーム信号1407との間には1対1の関係が存在する。いくつかの実施形態では、往路トラヒックをビーム形成器1406に提供する配信機器(例えば、コアノード)は、特定の利用者ビームカバレッジエリア1801に送信される情報が、その利用者ビームカバレッジエリア1801に対応した往路ビーム入力信号1407の内部に含まれていることを保証する。 FIG. 16 is a detailed illustration of forward beamformer 1406 . Forward beamformer 1406 receives 512 forward beam signals 1407 representing forward traffic transmitted through system 1400 . Signal 1407 is received by matrix multiplier 1501 . Matrix multiplier 1501 includes beamformer input module 1502 , 512 path splitting module 1504 , and 512 weighting and summing modules 1506 . Other arrangements, implementations or configurations of matrix multipliers can be used. Each of the 512 forward beam signals 1407 is intended to be received within a corresponding one of the 512 user beam coverage areas 1801 . Correspondingly, there is a one-to-one relationship between the 512 user beam coverage areas 1801 and the 512 forward beam signals 1407 . In some embodiments, the distribution equipment (e.g., core node) that provides forward traffic to the beamformer 1406 determines that the information sent to a particular user beam coverage area 1801 corresponds to that user beam coverage area 1801. is included within forward beam input signal 1407.

512経路分割モジュール1504は、512個の往路ビーム信号1407のそれぞれを512個の全く同じ信号に分割し、その結果、512×512(即ち、N×K)個の信号が512経路分割モジュール1504から出力される。Nが512に等しく、かつ、Kが512に等しい場合、分割モジュール1504は、512×512=524,288個の信号を出力する。分割モジュール1504から出力された512個の一意の信号は、512個の加重及び加算モジュール1506に連結されている。加重及び加算モジュール1506のそれぞれに連結されている信号は、往路ビーム加重値発生器1508によって計算されたビーム加重値に従って加重される(即ち、位相シフトされ、振幅調整される)。同じアレイ素子Nに対応した512個の加重された信号のそれぞれは、512個の加算器1512のうちの1つで加算される。 The 512-path splitting module 1504 splits each of the 512 forward beam signals 1407 into 512 identical signals, resulting in 512×512 (ie, N×K) signals from the 512-path splitting module 1504 . output. If N equals 512 and K equals 512, then splitting module 1504 outputs 512×512=524,288 signals. The 512 unique signals output from splitting module 1504 are coupled to 512 weighting and summing modules 1506 . The signals coupled to each of the weighting and summing modules 1506 are weighted (ie, phase shifted and amplitude adjusted) according to beam weights calculated by the forward beam weight generator 1508 . Each of the 512 weighted signals corresponding to the same array element N are summed in one of 512 adders 1512 .

加算器1512からの64個の出力からなるそれぞれのグループが、8個のSAN 1410のうちの異なる1つに連結され、そのSANによって送信されることになるので、タイミングモジュール1514が提供されている。タイミングモジュール1514は、64個のIFビーム素子信号1409からなるそれぞれのグループが、利用者ビームカバレッジエリア1801に適当な時間に到着することを保証して、信号1409の重ね合わせが利用者ビームの適切な形成を確実にもたらすように、ビーム素子信号1409がビーム形成器から送信されるタイミングを調整する。代替的には、往路ビーム加重値は、それぞれのSAN 1410から衛星1408への経路の長さ及び特性の差異を考慮して生成されることができる。これに合わせて、信号2122は、往路ビーム加重値発生器1508に連結されることになるであろう。いくつかの実施形態では、タイミングモジュール1514は、往路ビーム形成器1406からそれぞれのSAN 1410に送信されるタイミングパイロット信号1413を生成する。いくつかの実施形態では、1つのタイミングパイロット信号1413が生成され、等しい振幅の8つのコピーに分割され、それぞれのSAN 1410に1つのコピーが送信される。代替的には、コピーの振幅は所定の比であってよい。タイミングパイロット信号1413間の比が既知である限り、RFビーム素子信号1411は、それらが互いと重なって所望の利用者スポットビームを確実に形成するように、等化されることができる。ビーム形成器1406内のタイミングモジュール1514でアラインメントへの補正が行われるいくつかの実施形態では、往路ビーム形成器1406が、それぞれのSAN 1410への信号のアラインメントに対する補正を決定することができるように、それぞれのSAN 1410は、SANタイミング補正信号1419から算出された信号2122をビーム形成器へのタイミング制御入力に戻す。いくつかの実施形態では、SANタイミング補正信号1419は、その後、ビーム素子信号1409のタイミングを調整するために、タイミングモジュール1514によって使用される。他の実施形態では、SANタイミング補正信号1419は、ビーム形成器1406からSAN 1410のそれぞれを介して衛星1408に至るまでの経路の差異を考慮するようにビーム加重値を調整するために、往路ビーム加重値発生器1508によって使用される。上述したように、アラインメントへの補正は、それぞれのSAN 1410において代替的に行われることができる。 Timing module 1514 is provided because each group of 64 outputs from adder 1512 is to be coupled to and transmitted by a different one of eight SANs 1410. . The timing module 1514 ensures that each group of 64 IF beam element signals 1409 arrives at the user beam coverage area 1801 at the proper time so that the superposition of the signals 1409 is properly aligned with the user beam. Adjust the timing at which the beam element signals 1409 are sent from the beamformer to ensure good formation. Alternatively, forward beam weights can be generated to account for differences in path lengths and characteristics from each SAN 1410 to satellite 1408 . Correspondingly, signal 2122 would be coupled to forward beam weight generator 1508 . In some embodiments, timing module 1514 generates timing pilot signals 1413 that are transmitted from forward beamformer 1406 to respective SANs 1410 . In some embodiments, one timing pilot signal 1413 is generated and divided into eight copies of equal amplitude and one copy is sent to each SAN 1410 . Alternatively, the amplitudes of the copies may be a predetermined ratio. As long as the ratio between the timing pilot signals 1413 is known, the RF beam element signals 1411 can be equalized to ensure that they overlap each other to form the desired user spot beam. In some embodiments where corrections to alignment are made in timing module 1514 within beamformer 1406 , so that forward beamformer 1406 can determine corrections to alignment of signals to respective SANs 1410 . , each SAN 1410 returns a signal 2122 calculated from the SAN timing correction signal 1419 to the timing control input to the beamformer. In some embodiments, SAN timing correction signal 1419 is then used by timing module 1514 to adjust the timing of beam element signals 1409 . In another embodiment, SAN timing correction signal 1419 is used to adjust the beam weights to account for differences in paths from beamformer 1406 through each of SANs 1410 to satellite 1408 for forward beams. Used by weight generator 1508 . As noted above, corrections to alignment can alternatively be made at each SAN 1410 .

ビーム素子信号1409が適切に加重され、必要なタイミング調整が全て行われた後、512個の信号1409のそれぞれは、SAN 1410のうちの1つに連結されている。即ち、8個のSAN 1410のそれぞれは、64個のビーム素子信号1409(即ち、512/8)を往路ビーム形成器1406から受信する。それぞれのSAN 1410内の光送信機1401は、受信するそれらの64個のビーム素子信号1409を受信し、多重化し、光搬送波上に変調する。 After the beam element signals 1409 have been appropriately weighted and any necessary timing adjustments made, each of the 512 signals 1409 is coupled to one of the SANs 1410 . That is, each of the eight SANs 1410 receives 64 beam element signals 1409 (ie, 512/8) from the forward beamformer 1406 . Optical transmitters 1401 in each SAN 1410 receive, multiplex, and modulate their 64 beam element signals 1409 onto an optical carrier.

図17は、システム1400のいくつかの実施形態で使用される光送信機1401の説明図である。光送信機1401は、図10に関して上で論じた光送信機607と同様である。しかしながら、入力信号1409は、ビーム形成器1406によってビーム加重されているので異なる。更に、ビーム形成器1406によって提供されるタイミングパイロット信号1413は、光変調器611に連結されており、その光変調器608内の光源654の波長によって決定される、同じ光帯域モジュール1403内の他の光変調器611の帯域と同じ帯域内で光搬送波上に変調される。いくつかの実施形態では、それぞれの光帯域モジュール1403は全く同じである。ただし、タイミングパイロット信号1413を変調することは、単に1つのこのような光帯域モジュール1403で行われさえすればよい。代替的には、図17に示されているように、1つの光帯域モジュール1403のみが、タイミングパイロット信号1413を変調するように構成されている。他の光帯域モジュール608は、図6に示されている上述した光帯域モジュール608と同様であってよい。いずれの実施形態でも、8個のSAN 1410がそれぞれ、64個のビーム素子信号1409を受信し、図5に示されているように、それらを4つの異なる光帯域内の16本の光チャネル上に変調する、システムでは、それぞれのSAN 1410において光送信機1401内に4つの光帯域モジュールが存在する。 FIG. 17 is an illustration of optical transmitter 1401 used in some embodiments of system 1400 . Optical transmitter 1401 is similar to optical transmitter 607 discussed above with respect to FIG. However, input signal 1409 is different because it has been beamweighted by beamformer 1406 . In addition, the timing pilot signal 1413 provided by the beamformer 1406 is coupled to the optical modulator 611 for other wavelengths within the same optical band module 1403 as determined by the wavelength of the light source 654 within that optical modulator 608 . is modulated onto the optical carrier within the same band as that of the optical modulator 611 of . In some embodiments, each optical band module 1403 is identical. However, modulating the timing pilot signal 1413 need only be done in one such optical band module 1403 . Alternatively, only one optical band module 1403 is configured to modulate the timing pilot signal 1413, as shown in FIG. Other light band modules 608 may be similar to the light band modules 608 described above and shown in FIG. In either embodiment, eight SANs 1410 each receive 64 beam element signals 1409 and distribute them over 16 optical channels in four different optical bands as shown in FIG. There are four optical band modules in optical transmitters 1401 in each SAN 1410 in the system.

タイミングパイロット信号1413は、衛星までIFビーム素子信号1409と同じ経路を進む。したがって、衛星1408において、それぞれのSAN 1410から送信されたタイミングパイロット信号の到着時間を比較することにより、IFビーム素子信号の到着時間の差を決定することができ、そして補正信号を生成し、それぞれのSAN 1410に送信することができる。光送信機607と同様に、図17に示されているそれぞれの光変調器611によって出力された光チャネル915は、光コンバイナ609で合成される。合成光信号1624は、光送信機1401内の光学レンズ2002から放出される。光学レンズ2002は、光信号を衛星1408に送信することができる光信号送信機として動作する。 Timing pilot signal 1413 follows the same path as IF beam element signal 1409 to the satellite. Thus, by comparing the arrival times of the timing pilot signals transmitted from each SAN 1410 at satellite 1408, the difference in the arrival times of the IF beam element signals can be determined and the correction signals generated, respectively SAN 1410 of . Similar to optical transmitter 607 , optical channels 915 output by respective optical modulators 611 shown in FIG. 17 are combined in optical combiner 609 . Combined optical signal 1624 is emitted from optical lens 2002 within optical transmitter 1401 . Optical lens 2002 operates as an optical signal transmitter capable of transmitting optical signals to satellite 1408 .

64個のビーム素子信号1409及びタイミングパイロット信号1413を含む、SAN 1410のそれぞれからの合成光信号1624は、光往路アップリンク1402上で衛星1408に送信され、衛星1408内の8個の光受信機1412のうちの1つによって受信される。衛星1408内の8個の光受信機1412のそれぞれは、合成光信号1624から64本の光チャネル915を逆多重化する。 Composite optical signals 1624 from each of SANs 1410, including 64 beam element signals 1409 and timing pilot signals 1413, are transmitted over optical forward uplink 1402 to satellite 1408 to the eight optical receivers in satellite 1408. 1412. Each of eight optical receivers 1412 in satellite 1408 demultiplexes 64 optical channels 915 from composite optical signal 1624 .

図18は、衛星1408(図15を参照されたい)の構成要素をより詳細に示している。衛星1408は、地上ビーム形成を使用したシステムのいくつかの実施形態によれば、図15を参照して上述したように、往路リンクを受信及び送信する。衛星1408の往路リンクの構成要素には、8個の光受信機1412、8個の増幅器/変換器モジュール1414、及び512素子アンテナアレイ1416が挙げられる。システム1400のいくつかの実施形態では、8個のSANが存在する(即ち、M=8)、図9、図13、及び図16に示されている実施形態と同様に、受信された合成信号1624は、それぞれ16本からなる4つの帯域に分割されている64本の光チャネルを含み、光チャネルのそれぞれは3.5GHz幅のIFチャネルを搬送する。更に、K=512個の利用者ビームカバレッジエリア1801及びアンテナアレイ内のN=512個の素子が存在する。本議論の他の場所に述べられているように、これらの数は、単に実施例として及び議論を容易にするために提供されているに過ぎない。 FIG. 18 shows the components of satellite 1408 (see FIG. 15) in more detail. Satellite 1408 receives and transmits the forward link as described above with reference to FIG. 15, according to some embodiments of systems using terrestrial beamforming. Components of the forward link of satellite 1408 include eight optical receivers 1412 , eight amplifier/converter modules 1414 and a 512 element antenna array 1416 . In some embodiments of system 1400, there are eight SANs (ie, M=8), similar to the embodiments shown in FIGS. 9, 13, and 16, the received composite signal 1624 includes 64 optical channels divided into 4 bands of 16 each, each carrying a 3.5 GHz wide IF channel. In addition, there are K=512 user beam coverage areas 1801 and N=512 elements in the antenna array. As noted elsewhere in this discussion, these numbers are provided merely as an example and to facilitate discussion.

それぞれの光受信機1412は、対応する増幅器/変換器モジュール1414と関連付けられている。光受信機1412はそれぞれ、レンズモジュール1701、及びフォトダイオード1703など、複数の光検知器を含む。レンズモジュール1701は、レンズ1702(いくつかの実施形態では、図4に関して上述したレンズ610と同様のものであってよい)、光逆多重化装置1704、複数の光逆多重化装置1706、及び複数の出力レンズ1708を含む。 Each optical receiver 1412 is associated with a corresponding amplifier/converter module 1414 . Optical receivers 1412 each include a plurality of photodetectors, such as lens module 1701 and photodiode 1703 . Lens module 1701 includes lens 1702 (which in some embodiments may be similar to lens 610 described above with respect to FIG. 4), optical demultiplexer 1704, a plurality of optical demultiplexers 1706, and a plurality of optical demultiplexers 1706. output lens 1708 .

動作中、合成光信号1624は、8個のSAN 1410のそれぞれから受信される。レンズ1702は、それぞれの合成光信号1624を受信するように提供されている。いくつかの実施形態では、レンズ1702は、レンズ1702が受信する合成光信号1624の発信元となるSAN 1410に焦点を合わせる(いくつかの実施形態では、機械的に向けられる)ことができる。レンズ1702は、別のSAN 1410に向くように、後で焦点を合わせ直すことができる。レンズ1702はいくつかのSAN 1410のうちの1つから合成光信号1624を受信するように焦点を合わせることができるため、衛星1408は、より大きな数の8+X個のSAN 1410の中から選択された8個のSAN 1410から信号を受信することができる。いくつかの実施形態では、X=24である。したがって、32個の異なるSAN 1410が、システムで利用者ビームカバレッジエリア1801に伝達されることが意図されている情報を受信することができる。しかしながら、32個のSAN 1410のうちの8個のみが、送信される情報を有し、衛星1408によって受信されるように、選択される。 In operation, a combined optical signal 1624 is received from each of eight SANs 1410 . Lenses 1702 are provided to receive respective combined light signals 1624 . In some embodiments, lens 1702 can be focused (in some embodiments, mechanically aimed) at SAN 1410 from which combined optical signal 1624 received by lens 1702 originates. Lens 1702 can later be refocused to face another SAN 1410 . Satellite 1408 was selected from among the larger number of 8+X SANs 1410 because lens 1702 can be focused to receive composite optical signal 1624 from one of several SANs 1410. Signals can be received from eight SANs 1410 . In some embodiments, X=24. Thus, 32 different SANs 1410 can receive information intended to be conveyed to the user beam coverage area 1801 in the system. However, only 8 of the 32 SANs 1410 have information transmitted and are selected to be received by satellites 1408 .

次に、衛星1408の往路リンクを介した、合成光信号1624のうちの1つの信号経路を詳細に説明する。8個の受信された合成光信号1624によって取られる、衛星1408の往路リンクを介した8本の信号経路のそれぞれは、全く同じに機能することを理解されたい。レンズ1702によって受信される合成光信号1624は、光逆多重化装置1704に向けられる。図9に例示されている変調方式を使用したシステムでは、光逆多重化装置1702は、合成光信号1624を4つの帯域907、909、911、913に分割する(図9を参照されたい)。即ち、光逆多重化装置1704は、合成光信号1624を送信したSAN 1410がビーム素子信号1407を変調した4つの光波長に合成光信号1624を分割する。光逆多重化装置1704からの光出力のそれぞれは、対応する光逆多重化装置1706に連結されている。4つの光逆多重化装置1706のそれぞれは、512/(4×8)個の光信号を出力し、合計で4×(512/(4×8)=512/8=64個の光信号になる。4つの光逆多重化装置1706から出力された16個の光信号のそれぞれは、出力レンズ1708に向けられている。出力レンズ1708のそれぞれは、対応する光信号の焦点をフォトダイオード1703などの対応する光検出器の上に合わせている。それぞれのフォトダイオード1703は、その入力側で光信号の振幅エンベロープを検知し、検知した振幅エンベロープに対応するRF送信ビーム素子信号1418を出力する。これに合わせて、光受信機1412から出力されたRF送信ビーム素子信号1418は、本質的に、SAN 1410によって光信号上に変調されたビーム素子信号1409である。 The signal path of one of composite optical signals 1624 through the forward link of satellite 1408 is now described in detail. It should be appreciated that each of the eight signal paths taken by the eight received combined optical signals 1624 through the forward link of satellite 1408 function exactly the same. Composite optical signal 1624 received by lens 1702 is directed to optical demultiplexer 1704 . In a system using the modulation scheme illustrated in FIG. 9, optical demultiplexer 1702 divides combined optical signal 1624 into four bands 907, 909, 911, 913 (see FIG. 9). That is, optical demultiplexer 1704 splits combined optical signal 1624 into four optical wavelengths onto which beam element signals 1407 were modulated by SAN 1410 that transmitted combined optical signal 1624 . Each optical output from optical demultiplexer 1704 is coupled to a corresponding optical demultiplexer 1706 . Each of the four optical demultiplexers 1706 outputs 512/(4×8) optical signals for a total of 4×(512/(4×8)=512/8=64 optical signals. Each of the 16 optical signals output from the four optical demultiplexers 1706 is directed to an output lens 1708. Each of the output lenses 1708 focuses the corresponding optical signal onto a photodiode 1703 or the like. Each photodiode 1703 senses the amplitude envelope of the optical signal at its input and outputs an RF transmit beam element signal 1418 corresponding to the sensed amplitude envelope. Accordingly, RF transmit beam element signals 1418 output from optical receiver 1412 are essentially beam element signals 1409 modulated onto optical signals by SAN 1410 .

次いで、RF出力信号は、増幅器/変換器モジュール1414に連結されている。増幅器/変換器モジュール1414は、512/8本の信号経路を含む。いくつかの実施形態では、それぞれの信号経路は、低雑音増幅器(LNA)1710、周波数変換器1712、及びPA 1714を含む。他の実施形態では、信号経路は、周波数変換器1712及びPA 1714のみを含む。更に他の実施形態では、信号経路はPA 1714のみを含む(SANによって生成された給電信号が既に所望の往路ダウンリンク周波数にある場合は、周波数変換器1712を省略することができる)。周波数変換器1712は、RF送信ビーム素子信号1418を往路ダウンリンク搬送波周波数に周波数変換する。いくつかの実施形態では、それぞれのアップコンバータ1712の出力は、中心周波数20GHzでのRF搬送波である。8個の増幅器/変換器モジュール1414からの512個の出力のそれぞれは、512素子アンテナアレイ1416の512個の素子のうちの対応する1つに連結されている。したがって、アンテナアレイ1416は、512個の往路ダウンリンクビーム素子信号1718を送信する。 The RF output signal is then coupled to amplifier/converter module 1414 . Amplifier/converter module 1414 includes 512/8 signal paths. In some embodiments, each signal path includes a low noise amplifier (LNA) 1710, a frequency converter 1712, and a PA 1714. In other embodiments, the signal path includes only frequency converter 1712 and PA 1714 . In yet another embodiment, the signal path includes only PA 1714 (frequency converter 1712 can be omitted if the powering signal generated by the SAN is already at the desired forward downlink frequency). A frequency converter 1712 frequency converts the RF transmit beam element signal 1418 to the forward downlink carrier frequency. In some embodiments, the output of each upconverter 1712 is an RF carrier with a center frequency of 20 GHz. Each of the 512 outputs from the 8 amplifier/converter modules 1414 is coupled to a corresponding one of the 512 elements of the 512 element antenna array 1416 . Accordingly, antenna array 1416 transmits 512 forward downlink beam element signals 1718 .

図19は、いくつかの実施形態により、米国本土の上に形成された利用者ビームカバレッジエリア1801の説明図である。他の実施形態では、利用者ビームカバレッジエリアは、異なる場所に、異なる間隔及びパターンで、位置してもよい。図4、図8、及び図12に示されている実施形態など、いくつかの実施形態では、アンテナのそれぞれの給電部は、利用者スポットビームを1つの利用者ビームカバレッジエリアに向けるように焦点を合わせられている。図10、図11、図12、図14、及び図14Aに示されているものなど、他の実施形態では、512個の往路ダウンリンクビーム素子信号1718は、利用者ビームカバレッジエリア1801に向けられた利用者ビームを形成するように互いの上に重ねられる。図19に示されているように、利用者ビームカバレッジエリアは、利用者ビームカバレッジエリア1801よりも実質的に大きい衛星サービスエリアの上に分散されている。512素子アンテナアレイ1416は、往路ダウンリンク1404を介してRFビーム素子信号1411を512個の利用者ビームカバレッジエリア1801のそれぞれに送信する。それぞれの利用者ビームカバレッジエリア1801内にある利用者端末806は、512素子アンテナアレイ1416の512個の素子のそれぞれから送信されたRFビーム素子信号1411の重ね合わせによってその特定の利用者ビームカバレッジエリア1801に向けられた利用者ビームを受信する。 FIG. 19 is an illustration of a user beam coverage area 1801 formed over the continental United States, according to some embodiments. In other embodiments, the user beam coverage areas may be located at different locations and with different spacings and patterns. In some embodiments, such as the embodiments shown in FIGS. 4, 8, and 12, each feed of the antenna is focused to direct a user spot beam into one user beam coverage area. are combined. In other embodiments, such as those shown in FIGS. 10, 11, 12, 14, and 14A, 512 forward downlink beam element signals 1718 are directed to user beam coverage area 1801. stacked on top of each other to form a single user beam. As shown in FIG. 19, the user beam coverage areas are distributed over a substantially larger satellite service area than the user beam coverage area 1801 . A 512-element antenna array 1416 transmits RF beam element signals 1411 to each of 512 user beam coverage areas 1801 via forward downlink 1404 . A user terminal 806 within each user beam coverage area 1801 can access that particular user beam coverage area by superposition of RF beam element signals 1411 transmitted from each of the 512 elements of the 512 element antenna array 1416 . A user beam directed at 1801 is received.

それぞれの光受信機1412から出力されたIFビーム素子信号1418に加えて、それぞれの光受信機1412は、合成光信号1624から衛星タイミング信号1415を逆多重化する。衛星タイミング信号1415は、それぞれの受信機1412から出力され、対応する増幅器/変換器モジュール1414に連結されている。増幅器/変換器モジュール1414内のLNA 1710は、衛星タイミング信号1415を増幅する。LNA 1710の出力1416は、衛星タイミングモジュール1417に連結されている。いくつかの実施形態では、衛星タイミングモジュール1417は、それぞれの光受信機1412によって受信された衛星タイミング信号1415を比較して、それらが揃っているかどうかを判断する。衛星タイミングモジュール1417は、8個のSAN 1410のそれぞれに1つ戻される、8個のSANタイミング補正信号1419を出力する。いくつかの実施形態では、それぞれのSANタイミング補正信号1419は、復路増幅器/変換器モジュール1904への入力に連結されている(図24を参照されたい)。それぞれのSANタイミング補正信号1419は、増幅され、往路ダウンリンク周波数に周波数変換され、SAN 1410内で提供されている光送信機1401と同様の、衛星1408内の8個の光送信機1401のうちの1つへの入力に連結されている。いくつかの実施形態では、8個のうちの1つは、他の7個のための参照である。これに合わせて、参照衛星タイミング信号を送信したSAN 1410から送信された信号のタイミングに対して補正は行われない。したがって、そのSAN 1410には、SANタイミング補正信号1419は送信されない。SANタイミング補正信号1419は、衛星1408によってそれぞれのSAN 1410に送信されたそれぞれの合成光信号上に変調されている。 In addition to the IF beam element signals 1418 output from each optical receiver 1412 , each optical receiver 1412 demultiplexes the satellite timing signal 1415 from the composite optical signal 1624 . A satellite timing signal 1415 is output from each receiver 1412 and coupled to a corresponding amplifier/converter module 1414 . LNA 1710 within amplifier/converter module 1414 amplifies satellite timing signal 1415 . Output 1416 of LNA 1710 is coupled to satellite timing module 1417 . In some embodiments, satellite timing module 1417 compares satellite timing signals 1415 received by each optical receiver 1412 to determine if they are aligned. Satellite timing module 1417 outputs eight SAN timing correction signals 1419 that are returned one to each of the eight SANs 1410 . In some embodiments, each SAN timing correction signal 1419 is coupled to an input to a return amplifier/converter module 1904 (see FIG. 24). Each SAN timing correction signal 1419 is amplified, frequency translated to the forward downlink frequency, and sent out of eight optical transmitters 1401 in satellite 1408 similar to the optical transmitters 1401 provided in SAN 1410 . is connected to the input to one of the In some embodiments, one of the eight is a reference for the other seven. Accordingly, no corrections are made to the timing of signals transmitted from SAN 1410 that transmitted the reference satellite timing signals. Therefore, no SAN timing correction signal 1419 is sent to that SAN 1410 . SAN timing correction signals 1419 are modulated onto respective composite optical signals transmitted by satellites 1408 to respective SANs 1410 .

それぞれのSANタイミング補正信号1419は、タイミングパイロット信号1413が他のタイミングパイロット信号(例えば、参照衛星タイミング信号1415)に対してどのくらいずれているかを示すタイミングアラインメント情報を提供する。いくつかの実施形態では、タイミング情報は、SAN 1410を介してビーム形成器1406内のタイミングモジュール1514(図16を参照されたい)に送信される。タイミングモジュール1514は、それぞれのSAN 1410にビーム素子のアラインメントを送信する前に、それらを調整する。代替的には、タイミングアラインメント情報は、SAN 1410からの送信のタイミングを調整して、それぞれのSAN 1410からのRFビーム素子信号1411が揃った状態で衛星1408に到着するように、それぞれのSAN 1410によって使用される。図20は、ビーム素子信号1409及びタイミングパイロット信号1413のタイミングを調整するためのタイミングモジュール1462を有する光送信機1460の説明図である。タイミングモジュール1462は、衛星1408から(以下に更に論じられている)復路ダウンリンクを介してタイミング制御信号1464を受信する。タイミングモジュールは、適当な遅延を信号1409、1413に適用して、SAN 1410によって送信された信号をシステム1400の他のSAN 1410によって送信された信号と揃える。 Each SAN timing correction signal 1419 provides timing alignment information indicating how offset the timing pilot signal 1413 is with respect to other timing pilot signals (eg, reference satellite timing signal 1415). In some embodiments, the timing information is sent via SAN 1410 to timing module 1514 in beamformer 1406 (see FIG. 16). Timing module 1514 adjusts the beam element alignments before sending them to respective SANs 1410 . Alternatively, the timing alignment information may be used by each SAN 1410 to adjust the timing of transmissions from each SAN 1410 such that the RF beam element signals 1411 from each SAN 1410 arrive at satellite 1408 aligned. used by FIG. 20 is an illustration of an optical transmitter 1460 having a timing module 1462 for adjusting the timing of beam element signals 1409 and timing pilot signals 1413 . Timing module 1462 receives timing control signals 1464 from satellite 1408 via a return downlink (discussed further below). The timing module applies appropriate delays to signals 1409 , 1413 to align signals transmitted by SAN 1410 with signals transmitted by other SANs 1410 in system 1400 .

代替実施形態では、タイミング調整は、衛星タイミングモジュール1417によって生成された制御信号に基づいて衛星内のRFビーム素子信号1411に対して行うことができる。いくつかのこのような実施形態では、制御信号は、それぞれのRFビーム素子信号1411に対して光受信機1412とアンテナアレイ1416との間の信号経路内に配されるプログラム可能な遅延を制御する。 In an alternative embodiment, timing adjustments may be made to the RF beam element signals 1411 within the satellite based on control signals generated by the satellite timing module 1417 . In some such embodiments, the control signal controls a programmable delay placed in the signal path between the optical receiver 1412 and the antenna array 1416 for each RF beam element signal 1411. .

代替実施形態では、衛星タイミング信号1415のうちの少なくとも2つが、衛星からそれぞれのSAN 1410に返信される。第1は、全てのSANに返信される共通衛星タイミング信号1415である。即ち、受信された衛星タイミング信号1415のうちの1つは、他の全てがそれに揃えられることになる標準として選択される。第2は、衛星タイミング信号1415のループバックである。共通衛星タイミング信号1415をループバック衛星タイミング信号1415と比較することにより、それぞれのSAN 1410は、2つの信号を揃えるために、ひいてはそれぞれのSAN 1410からのIFビーム素子信号1418を衛星1410内で揃えるために必要な調整量を決定することができる。 In an alternative embodiment, at least two of the satellite timing signals 1415 are sent back to each SAN 1410 from the satellites. The first is a common satellite timing signal 1415 that is sent back to all SANs. That is, one of the received satellite timing signals 1415 is selected as the standard to which all others are to be aligned. The second is the satellite timing signal 1415 loopback. By comparing the common satellite timing signal 1415 to the loopback satellite timing signal 1415, each SAN 1410 aligns the two signals and thus the IF beam element signals 1418 from each SAN 1410 within the satellite 1410. can determine the amount of adjustment needed to

図21は、K個の往路ビーム入力信号1452のそれぞれがS本の500MHz幅のサブチャネルを含んでいるシステム1450である。いくつかの実施形態では、K=512及びS=7である。例えば、いくつかの実施形態では、7本の500MHz幅のサブチャネルは、1つの利用者カバレッジエリア1801に送信される。図22は、往路ビーム入力信号1452が7本の500MHz幅のサブチャネルを含み、それぞれがビーム形成器1300への一意の入力に連結されている、ビーム形成器1300の説明図である。これに合わせて、上述したように、サブチャネルは、図14、図15に示されているように、IF搬送波に合成された後にビーム形成されることができる。代替的には、図14A、図13に示されているように、サブチャネル1452は、ビーム形成器1300を使用して、合成される前にビーム形成されることができる。これに合わせて、ビーム形成器1300は、S×N個のビーム素子信号を出力し、(S×N)/M個のこのようなビーム素子信号が、それぞれのSAN 1410に送信される。例示的なシステム1450では、S=7、N=512、及びM=8である。上述したように、これらの数は、都合のよい実施例として提供されており、システム1450などのシステムをこれらの特定の値に制限することを意図するものではない。 FIG. 21 is a system 1450 in which each of the K forward beam input signals 1452 contains S 500 MHz wide subchannels. In some embodiments, K=512 and S=7. For example, in some embodiments seven 500 MHz wide subchannels are transmitted in one user coverage area 1801 . FIG. 22 is an illustration of beamformer 1300 in which forward beam input signal 1452 includes seven 500 MHz wide subchannels, each coupled to a unique input to beamformer 1300 . Accordingly, as described above, the subchannels can be beamformed after being combined into an IF carrier, as shown in FIGS. Alternatively, as shown in FIGS. 14A, 13, subchannels 1452 can be beamformed using beamformer 1300 before being combined. Accordingly, beamformer 1300 outputs S×N beam element signals, and (S×N)/M such beam element signals are sent to respective SANs 1410 . In exemplary system 1450, S=7, N=512, and M=8. As noted above, these numbers are provided as a convenient example and are not intended to limit a system such as system 1450 to these particular values.

図22は、それぞれの搬送波がS本のサブチャネル1452を含むビーム形成器1300の簡略化したブロック図であり、ここでは、S=7である。サブチャネル1452のそれぞれは、独立した入力としてビーム形成器1300内のマトリックス乗算器1301に提供されている。したがって、512×7本のサブチャネル1452がマトリックス乗算器1301に入力される。ここで、形成される利用者スポットビームは512個であり、7はそれぞれの搬送波内でのサブチャネルの本数である。即ち、K=512及びS=7である。512経路分割器1304は、512×7本のサブチャネル1407のそれぞれを受信し、512はアンテナアレイ1416内の素子の数である。代替的には、Nはアンテナ素子の任意の数であってよい。それぞれのサブチャネル1452は、512本の経路に分割される。これに合わせて、512×512×7個の信号が、分割器1304から三次元マトリックスで出力される。信号1,1,1~1,K,1(即ち、K=512の場合は1,512,1)は、加重及び加算モジュール1306で加重され、加算される。同様に、信号1,1,7~1,512,7は、加重及び加算モジュール1313で加重され、加算される。類似の方法で、他の加重及び加算モジュールのそれぞれは、分割器1304からの出力を加重受信し、同出力を加重し、加算する。加重及び加算モジュール1306、1313からの512×7個の出力は、タイミングモジュール1514の入力に連結されている。タイミングモジュールは、上で論じたビーム形成器1406のタイミングモジュール1514と本質的に同じに機能する。ビーム形成器1300は、512×7個のビーム素子信号1454をSAN 1410に出力する。8個のSAN 1410のそれぞれは、IFコンバイナ1602を含む。 FIG. 22 is a simplified block diagram of a beamformer 1300 in which each carrier includes S subchannels 1452, where S=7. Each of subchannels 1452 is provided as an independent input to matrix multiplier 1301 within beamformer 1300 . Therefore, 512×7 subchannels 1452 are input to matrix multiplier 1301 . Here, 512 user spot beams are formed, and 7 is the number of subchannels within each carrier. That is, K=512 and S=7. A 512 path splitter 1304 receives each of the 512×7 subchannels 1407 , where 512 is the number of elements in the antenna array 1416 . Alternatively, N may be any number of antenna elements. Each subchannel 1452 is divided into 512 paths. Accordingly, 512×512×7 signals are output from divider 1304 in a three-dimensional matrix. Signals 1,1,1 to 1,K,1 (ie, 1,512,1 for K=512) are weighted and summed in weight and sum module 1306 . Similarly, signals 1,1,7 through 1,512,7 are weighted and summed in weight and sum module 1313 . In a similar manner, each of the other weighting and summing modules receives the weighted output from divider 1304 and weights and sums the same output. The 512×7 outputs from the weighting and summing modules 1306 , 1313 are coupled to the inputs of the timing module 1514 . The timing module functions essentially the same as timing module 1514 of beamformer 1406 discussed above. Beamformer 1300 outputs 512×7 beam element signals 1454 to SAN 1410 . Each of the eight SANs 1410 includes an IF combiner 1602 .

図23は、システム1450のSAN 1456の説明図である。いくつかの実施形態では、第1のベースバンドからIFへの変換器805は、図10に関して上で論じたベースバンドからIFへの変換器805と類似した方法で動作する。変換器805は、7個の500MHzビーム素子信号1454の組み合わせである信号811を出力する。加えて、いくつかの実施形態では、ベースバンドからIFへの変換器1605のうちの少なくとも1つは、追加の周波数変換器1607を含む。追加の周波数変換器1607は、ビーム形成器1300からタイミングパイロット信号1413を受信する。タイミングパイロット信号1413は、ビーム素子サブチャネル1452と合成され、光送信機607に連結されている。光送信機607に連結されているIF信号811のそれぞれは、それぞれのSAN 1410の光コンバイナ609で合成されて、送信合成光信号1624を形成する。タイミングパイロット信号1413は、周波数変換器1607の入力に連結されている。周波数変換器1607は、タイミングパイロット信号を、加算器1608によってビーム素子信号1454と加算されることができる周波数に配する。代替的には、タイミングパイロット信号1413は、タイミングパイロット信号1413を変調することに特化した追加の光変調器1610に直接連結されることができる。追加の変調器1610の出力は、コンバイナ609に連結されており、タイミングパイロット信号専用の一意の光チャネル上で他の信号と合成される。 FIG. 23 is an illustration of SAN 1456 of system 1450 . In some embodiments, the first baseband-to-IF converter 805 operates in a manner similar to the baseband-to-IF converter 805 discussed above with respect to FIG. Transformer 805 outputs signal 811 which is a combination of seven 500 MHz beam element signals 1454 . Additionally, in some embodiments, at least one of the baseband to IF converters 1605 includes an additional frequency converter 1607 . Additional frequency translator 1607 receives timing pilot signal 1413 from beamformer 1300 . Timing pilot signal 1413 is combined with beam element subchannel 1452 and coupled to optical transmitter 607 . Each of the IF signals 811 coupled to the optical transmitters 607 are combined at the optical combiner 609 of each SAN 1410 to form the transmitted combined optical signal 1624 . Timing pilot signal 1413 is coupled to the input of frequency converter 1607 . Frequency translator 1607 places the timing pilot signal to a frequency that can be summed with beam element signal 1454 by summer 1608 . Alternatively, timing pilot signal 1413 can be directly coupled to an additional optical modulator 1610 dedicated to modulating timing pilot signal 1413 . The output of additional modulator 1610 is coupled to combiner 609 and combined with other signals on a unique optical channel dedicated to the timing pilot signal.

図24は、地上ビーム形成を有するシステム1400の復路リンクの説明図である。512個の利用者ビームカバレッジエリア1801のうちの複数内に位置する利用者端末806は、RF信号を衛星1408に送信する。衛星1408上の512素子アンテナアレイ1902(アンテナアレイ1416と同じであってもなくてもよい)は、利用者端末806からのRF信号を受信する。512素子アンテナアレイ1902からの512/8個の出力は、8個の増幅器/変換器モジュール1904のそれぞれに連結されている。即ち、アンテナアレイ1902のそれぞれの素子は、増幅器/変換器モジュール1904のうちの1つの内部にある1つのLNA 1906に連結されている。それぞれのLNA1906の出力は、周波数変換器1908及び前置増幅器1910への入力に連結されている。LNA 1906の増幅された出力は、RF利用者アップリンク周波数からIFに周波数ダウンコンバートされる。いくつかの実施形態では、IF信号は帯域幅3.5GHzを有する。いくつかの実施形態では、前置増幅器1910は、光搬送波上への変調の前に追加の利得を提供する。それぞれの増幅器/変換器モジュール1904の出力は、図4の光送信機607と同様に、8個の光送信機1401のうちの1つへの対応する入力に連結されている。8個の光送信機1401のそれぞれは、光信号を出力し、対応するSAN 1410に送信する。SAN 1410は光信号を受信する。SAN 1410は、512/8個の復路ビーム素子信号1914をダウンリンクビーム形成器1916に出力する。ダウンリンクビーム形成器1916は、復路ビーム素子信号1914を処理し、それぞれが512個の利用者ビームカバレッジエリア1801のうちの1つに対応する、512個のビーム信号1918を出力する。 FIG. 24 is an illustration of the return link for system 1400 with terrestrial beamforming. User terminals 806 located within multiple of the 512 user beam coverage areas 1801 transmit RF signals to satellites 1408 . A 512-element antenna array 1902 (which may or may not be the same as antenna array 1416 ) on satellite 1408 receives RF signals from user terminal 806 . The 512/8 outputs from the 512 element antenna array 1902 are coupled to each of the eight amplifier/converter modules 1904 . That is, each element of antenna array 1902 is coupled to one LNA 1906 within one of amplifier/converter modules 1904 . The output of each LNA 1906 is coupled to the input to frequency converter 1908 and preamplifier 1910 . The amplified output of LNA 1906 is frequency downconverted from the RF user uplink frequency to IF. In some embodiments, the IF signal has a bandwidth of 3.5 GHz. In some embodiments, preamplifier 1910 provides additional gain prior to modulation onto the optical carrier. The output of each amplifier/converter module 1904 is coupled to a corresponding input to one of eight optical transmitters 1401, similar to optical transmitter 607 of FIG. Each of the eight optical transmitters 1401 outputs and transmits an optical signal to the corresponding SAN 1410 . SAN 1410 receives optical signals. SAN 1410 outputs 512/8 return beam element signals 1914 to downlink beamformer 1916 . A downlink beamformer 1916 processes the return beam element signals 1914 and outputs 512 beam signals 1918 each corresponding to one of the 512 user beam coverage areas 1801 .

増幅器/変換器モジュール1904から光送信機607に提供されたIF信号はそれぞれ、512/8個の光変調器611のうちの1つに連結されている。例えば、アンテナアレイ1902内に512個の素子が存在し(即ち、N=512)、かつ、システム1900内に8個のSAN 1410が存在すると、512/8=64になる。図9に示されているものなど、4つの帯域に分割された波長の上にIF信号が変調されるシステムでは、光変調器611は、512/(4×8)個の光変調器611を有する光帯域モジュール608にグループ化される。 Each IF signal provided from amplifier/converter module 1904 to optical transmitter 607 is coupled to one of 512/8 optical modulators 611 . For example, if there are 512 elements in antenna array 1902 (ie, N=512) and there are 8 SANs 1410 in system 1900, then 512/8=64. In a system, such as that shown in FIG. 9, where the IF signal is modulated onto wavelengths divided into four bands, the optical modulators 611 would include 512/(4×8) optical modulators 611. are grouped into optical band modules 608 having

それぞれの光変調器611は、上述の、図10に示されているSAN 1410のアップリンク光モジュール611と本質的に同じである。同じ光帯域モジュール608内のそれぞれの光変調器611は、16個の波長λのうちの1つを有する光信号を生成する光源654を有する。これに合わせて、それぞれの光変調器611の出力は様々な波長になる。同じ光帯域モジュール608内で生成されたそれらの光信号は、同じ光帯域内にある波長を有することになる(即ち、図9に示されている事例の場合、例えば、光帯域は1100nm、1300nm、1550nm、及び2100nmである)。それらの光信号のそれぞれは、波長λ2に基づいた帯域内の16本の光チャネルのうちの1つにあることになる。それぞれの光変調器611からの光出力は、光コンバイナ609に連結されている。光コンバイナ609の出力は、光学レンズ2016を介してSAN 1410のうちの1つに送信される合成光信号である。光学レンズ2016は、いくつかのSAN 1410のうちの1つに向けられることができる。これに合わせて、8個の光送信機はそれぞれ、8個の光信号のうちの1つを8個のSAN 1410のうちの1つに送信する。8個のSANからなる特定の集合は、候補SANのより大きなグループから衛星とそれぞれの候補SANとの間の光リンクの品質に応じて選択されることができる。 Each optical modulator 611 is essentially the same as the uplink optical module 611 of SAN 1410 shown in FIG. 10 described above. Each optical modulator 611 within the same optical band module 608 has a light source 654 that produces an optical signal having one of 16 wavelengths λ. Correspondingly, the output of each optical modulator 611 has various wavelengths. Those optical signals generated within the same optical band module 608 will have wavelengths that are within the same optical band (i.e., for the case shown in FIG. 9, for example, the optical bands are 1100 nm, 1300 nm , 1550 nm, and 2100 nm). Each of those optical signals will be in one of 16 optical channels in a band based on wavelength λ2. The optical output from each optical modulator 611 is coupled to an optical combiner 609 . The output of optical combiner 609 is a combined optical signal that is transmitted to one of SANs 1410 via optical lens 2016 . Optical lens 2016 can be aimed at one of several SANs 1410 . Correspondingly, each of the eight optical transmitters transmits one of the eight optical signals to one of the eight SANs 1410 . A particular set of eight SANs can be selected from a larger group of candidate SANs depending on the quality of the optical link between the satellite and each candidate SAN.

図25は、復路リンク内のSAN 1410のうちの1つの説明図である。光受信機622は、衛星からレンズ2016によってSAN 1410に向けられた光信号を受信するレンズ2102を含む。光帯域逆多重化装置2104は光信号を光帯域に分離する。例えば、4つのこのような帯域が存在するいくつかの実施形態では、4つの光出力2106のそれぞれは、光チャネル逆多重化装置2108に連結されている。光チャネル逆多重化装置2108は、衛星1408内で合成された512/(4×8)個の信号を分離する。4つの光チャネル逆多重化装置2108からの出力のそれぞれは、光チャネル逆多重化装置2108の光出力の焦点をフォトダイオード2112などの光検知器上に合わせる、対応するレンズ2110に連結されている。フォトダイオード2112からの出力信号2116はそれぞれ、512/8個のLNA 2114のうちの1つに連結されている。それぞれのLNA 2114からの出力は、復路リンクビーム形成器1916に連結されている(図24を参照されたい)。加えて、光受信機622からの1つのチャネル出力は、本質的には衛星タイミングモジュールによって復路増幅器/変換器モジュール1414に提供されたSANタイミング補正信号1419(図18を参照されたい)であるタイミング補正信号1464を出力する。いくつかの実施形態では、タイミング補正信号1464は、タイミングパイロットモデム2120に連結されている。タイミングパイロットモデムは、往路ビーム形成器1406に送信される信号2122を出力する。他の実施形態では、タイミング補正信号1464は、上で論じたタイミングモジュール1462(図20を参照されたい)のタイミング制御入力に連結されている。 FIG. 25 is an illustration of one of the SANs 1410 in the return link. Optical receiver 622 includes a lens 2102 that receives optical signals directed to SAN 1410 by lens 2016 from satellites. Optical band demultiplexer 2104 separates the optical signal into optical bands. For example, in some embodiments where there are four such bands, each of the four optical outputs 2106 are coupled to an optical channel demultiplexer 2108. Optical channel demultiplexer 2108 separates the 512/(4×8) signals combined in satellite 1408 . Each of the outputs from the four optical channel demultiplexers 2108 is coupled to a corresponding lens 2110 that focuses the optical output of the optical channel demultiplexer 2108 onto a photodetector, such as a photodiode 2112. . Each output signal 2116 from photodiode 2112 is coupled to one of the 512/8 LNAs 2114 . The output from each LNA 2114 is coupled to a return link beamformer 1916 (see Figure 24). Additionally, one channel output from the optical receiver 622 is essentially the SAN timing correction signal 1419 (see FIG. 18) provided by the satellite timing module to the return amplifier/converter module 1414 timing. A correction signal 1464 is output. In some embodiments, timing correction signal 1464 is coupled to timing pilot modem 2120 . The timing pilot modem outputs a signal 2122 that is sent to the forward beamformer 1406 . In other embodiments, the timing correction signal 1464 is coupled to the timing control input of the timing module 1462 (see FIG. 20) discussed above.

図26は、開示される技術のいくつかの実施形態による復路ビーム形成器1916をより詳細に例示している。512個の出力信号2116のそれぞれは、復路ビーム形成器1916によってSAN 1410のそれぞれから受信される。復路ビーム形成器は、ビーム形成入力モジュール2203、タイミングモジュール2201、マトリックス乗算器2200、及びビーム形成器出力モジュール2205を含む。マトリックス乗算器2200は、K経路分割モジュール2202及び512個の加重及び加算モジュール2204を含む。マトリックス乗算器2200は、ビーム信号のベクトルに加重マトリックスを乗じる。マトリックス乗算器2200の他の配置、実装、又は構成を使用することができる。それぞれの信号2116は、ビーム形成器1916によってビーム形成器入力モジュール2203で受信され、タイミングモジュール2201に連結されている。タイミングモジュール2201は、衛星からSAN 1410まで及びSAN 1410から復路ビーム形成器1916までの経路の長さ及び特性におけるあらゆる差異が考慮されることを保証する。いくつかの実施形態では、これは、1つのパイロット信号を復路ビーム形成器1916からそれぞれのSAN 1410に衛星に至るまで送信し、SAN 1410を介してこのパイロット信号を復路ビーム形成器1916に返信することによって行われてよい。復路ビーム形成器1916と衛星との間の経路における差異は、測定され、考慮されることができる。 FIG. 26 illustrates in more detail the return beamformer 1916 according to some embodiments of the disclosed technology. Each of the 512 output signals 2116 is received from each of the SANs 1410 by a return beamformer 1916 . The return beamformer includes a beamformer input module 2203 , a timing module 2201 , a matrix multiplier 2200 and a beamformer output module 2205 . Matrix multiplier 2200 includes K-path splitting module 2202 and 512 weighting and summing modules 2204 . Matrix multiplier 2200 multiplies the vector of beam signals by a weighting matrix. Other arrangements, implementations, or configurations of matrix multiplier 2200 can be used. Each signal 2116 is received by beamformer 1916 at beamformer input module 2203 and coupled to timing module 2201 . Timing module 2201 ensures that any differences in path lengths and characteristics from satellite to SAN 1410 and from SAN 1410 to return beamformer 1916 are taken into account. In some embodiments, it transmits one pilot signal from the return beamformer 1916 to each SAN 1410 all the way to the satellite, and returns this pilot signal to the return beamformer 1916 via the SAN 1410. It may be done by The difference in path between the return beamformer 1916 and the satellite can be measured and taken into account.

タイミングモジュールの出力は、それぞれの信号を512個の全く同じ信号に分割するK経路分割器2202に連結されている。512個の一意の信号は、512個の加重及び加算回路2204のそれぞれに印加される。512個の一意の信号のそれぞれは、加重回路2206内で加重され(即ち、位相及び振幅が調整され)、その結果、加算回路2208内で512個の他の加重された信号と加算されると、復路ビーム形成器の出力において復路リンク利用者ビームが形成される。 The output of the timing module is coupled to a K-path divider 2202 that divides each signal into 512 identical signals. 512 unique signals are applied to each of the 512 weighting and summing circuits 2204 . Each of the 512 unique signals is weighted (i.e., phase and amplitude adjusted) in weighting circuit 2206 and then summed with the 512 other weighted signals in summation circuit 2208. , the return link user beam is formed at the output of the return beamformer.

上述のアーキテクチャのそれぞれは、衛星への光アップリンクに関して示されている。加えて、衛星から地上のSANへの光ダウンリンクは、本質的に、記載した光アップリンクの逆に動作する。例えば、図4に示されているアーキテクチャに関しては、衛星602からSAN 604への光ダウンリンクは、広帯域ダウンリンクを提供する。光アップリンクを受信するためのレンズ610ではなくて、レーザが、光ダウンリンクを送信するために提供される。更に、2相変調器614がRF搬送波上で送信されるBPSK変調された信号を生成するのではなくて、2相変調器は、光バイナリ変調方式を使用して光信号を変調する。また、光ダウンリンクは、図4に示されているものと同様のアーキテクチャを使用して提供されることができる。この実施形態では、変調器614は代わりに、QAM変調されたRF又はIF信号を受信し、それぞれのシンボルのビットを復調するQAM復調器になり、光ダウンリンク上での送信用に光信号のバイナリ光変調を使用しているであろう。図8に示されているアーキテクチャの実施形態では、衛星からSANへのフィーダダウンリンクが光である、類似のアーキテクチャが使用されることができ、利用者端末842、844からの受信RF信号は、信号を受信するように選択されている特定のSANに向いたレーザへマトリックススイッチによって導かれる。RF信号は、フィーダアップリンク光信号がSAN 802内でベースバンド/RFモデム811によってRF変調される方法と同様に、光信号上にRF変調される。 Each of the architectures described above is shown for an optical uplink to a satellite. Additionally, the optical downlink from the satellite to the terrestrial SAN operates essentially inversely to the described optical uplink. For example, for the architecture shown in FIG. 4, an optical downlink from satellite 602 to SAN 604 provides a broadband downlink. Rather than lens 610 for receiving the optical uplink, a laser is provided for transmitting the optical downlink. Further, rather than the binary phase modulator 614 producing a BPSK modulated signal that is transmitted over an RF carrier, the binary phase modulator modulates the optical signal using an optical binary modulation scheme. Also, an optical downlink can be provided using an architecture similar to that shown in FIG. In this embodiment, modulator 614 is instead a QAM demodulator that receives a QAM modulated RF or IF signal, demodulates the bits of each symbol, and transforms the optical signal for transmission over the optical downlink. You will be using binary light modulation. In the architectural embodiment shown in FIG. 8, a similar architecture can be used where the feeder downlink from the satellite to the SAN is optical, and the received RF signals from the user terminals 842, 844 are A matrix switch directs the laser to the particular SAN that is selected to receive the signal. The RF signal is RF modulated onto the optical signal, similar to how the feeder uplink optical signal is RF modulated by baseband/RF modem 811 within SAN 802 .

いくつかの実施形態では、光フィーダダウンリンク信号を送信するために使用されるレーザは、いくつかのSANのうちの1つに向いている。これらのSANは、図4、図8、及び図12のSANが選択される方法と同様に、衛星からそれぞれの使用可能なSANまでの光路における信号フェーディングの量に基づいて選択される。 In some embodiments, the lasers used to transmit optical feeder downlink signals are directed to one of several SANs. These SANs are selected based on the amount of signal fading in the light path from the satellite to each available SAN, similar to how the SANs of FIGS. 4, 8 and 12 are selected.

開示される技術は、実施形態及び実装の様々な実施例によって上述されているが、個々の実施形態のうちの1つ又は2つ以上に記載されている特定の特徴、態様、及び機能性は、それらの利用性において、それらが記載されている特定の実施形態に限定されるものではないことを理解されたい。したがって、特許請求される発明の広さ及び範囲は、上に開示された実施形態を説明する際に提供されているいずれの実施例によっても限定されるべきではない。 Although the disclosed technology is described above through various examples of embodiments and implementations, certain features, aspects, and functionality described in one or more of the individual embodiments may be , are not limited in their utility to the particular embodiments in which they are described. Accordingly, the breadth and scope of the claimed invention should not be limited by any of the examples provided in describing the above-disclosed embodiments.

本文書において使用される用語及び語句、並びにそれらの変形物は、別途明示的に記述されない限り、限定することとは対照的に、制約のないものであると解釈されるべきである。前述の例として、「含んでいる(including)」という用語は、「限定することなく、含んでいる(including without limitation)」又は同類のことを意味するものとして解釈されるべきであり、「例(example)」という用語は論述中の項目の代表的な事例を提供するために使用され、その網羅的又は限定的なリストを提供するためのものではなく、「a」又は「an」という用語は、「少なくとも1つの(at least one)」、「1つ又は2つ以上の(one or more)」又は同類のことを意味するものとして解釈されるべきであり、「従来の(conventional)」、「伝統的な(traditional)」、「通常の(normal)」、「標準の(standard)」、「既知の(known)」及び類似の意味の用語などの形容詞は、記述される項目を所与の期間に、又は所与の時点で利用可能な項目に、限定するものと受け取られるべきではなく、代わりに、現在又は将来において利用可能であり得る、従来の、伝統的な、通常の、又は標準の技術を包含するように解釈されるべきである。同様に、本文書が当業者にとって明白又は既知であろう技術を参照するときは、かかる技術は、現在又は将来において当業者に明白な又は既知の技術を包含する。 The terms and phrases used in this document, and variations thereof, are to be interpreted as open-ended, as opposed to limiting, unless expressly stated otherwise. As an example of the foregoing, the term "including" shall be construed to mean "including without limitation" or the like; The term "example" is used to provide representative instances of the item under discussion and is not intended to provide an exhaustive or exclusive list thereof. shall be construed to mean "at least one," "one or more," or the like; , "traditional," "normal," "standard," "known," and terms of similar import refer to the item being described. should not be taken to be limited to items available at any given time period or at any given time, but instead to items that may be available now or in the future, conventional, traditional, customary, or should be construed to encompass standard techniques. Similarly, when this document refers to technologies that would be apparent or known to those of ordinary skill in the art, such technologies encompass technologies that are now or in the future apparent or known to those of ordinary skill in the art.

接続詞「及び(and)」で結び付けられる一群の項目は、それらの項目のそれぞれ全てがその群の中に存在することを必要とするものとして解釈されるべきではなく、むしろ、別途明示的に記述されない限り、「及び/又は(and/or)」として解釈されるべきである。同様に、接続詞「又は(or)」で結び付けられる一群の項目は、その群の中で相互排他的であることを必要とするものとして解釈されるべきではなく、むしろ、別途明示的に記述されない限り、やはり「及び/又は(and/or)」として解釈されるべきである。更に、開示される技術の項目、要素、又は構成要素は、単数で説明され、又は特許請求され得るが、単数であることが明確に述べられていない限り、複数がその範囲内にあることが想定される。 A group of items joined by the conjunction "and" should not be construed as requiring that each and every one of those items be present in the group, but rather explicitly stated otherwise. shall be construed as "and/or" unless otherwise specified. Similarly, a group of items joined by the conjunctive "or" should not be construed as requiring mutual exclusion within the group, but rather not explicitly stated otherwise. As far as possible, it should still be construed as "and/or." Furthermore, although any item, element, or component of the disclosed technology may be described or claimed in the singular, the plural is within its scope unless the singular is explicitly stated. is assumed.

いくつかの事例における「1つ又は2つ以上の(one or more)」、「少なくとも(at least)」、「がこれらに限定されない(but not limited to)」又は他の同類の語句などの幅を広げる語又は語句の存在は、そのような幅を広げる語句がなかった場合に、より狭い事例を意図する、又は必要とすることを意味するためと解釈されるものではない。用語「モジュール(module)」の使用は、モジュールの一部として説明される又は特許請求される構成要素又は機能性が全て、共通のパッケージ内に構成されていることを含意するものではない。実際には、モジュールの様々な構成要素のいずれか又は全ては、制御論理又は他の構成要素のいずれであるかにかかわらず、単一パッケージに組み合わされる又は別個に維持されることができ、複数の群若しくはパッケージ内に又は複数の場所にわたって更に配置されることができる。 breadth, such as "one or more," "at least," "but not limited to," or other similar phrases in some instances The presence of a broadening word or phrase shall not be construed to mean that a narrower instance is intended or required in the absence of such broadening phrase. The use of the term "module" does not imply that all of the components or functionality described or claimed as part of the module are arranged in a common package. In fact, any or all of the various components of the module, whether control logic or other components, may be combined in a single package or maintained separately, and multiple can be further arranged in groups or packages of or across multiple locations.

加えて、本明細書に記載される様々な実施形態は、ブロック図、流れ図、及び他の説明図を援用して説明される。本文書を読めば当業者には明白であるように、例示した実施形態及びそれらの様々な代替手段は、例示された実施例に制限されることなく実装されることができる。例えば、ブロック図及びそれらに付随する説明は、特定のアーキテクチャ又は構成を義務付けるものとして解釈されるべきではない。 Additionally, various embodiments described herein are described with reference to block diagrams, flow diagrams, and other illustrations. As will be apparent to one of ordinary skill in the art after reading this document, the illustrated embodiments and their various alternatives can be implemented without being limited to the illustrated examples. For example, block diagrams and their accompanying descriptions should not be construed as implying a particular architecture or configuration.

Claims (50)

複数のディジタル出力を有する光受信機と、an optical receiver having multiple digital outputs;
ディジタル入力とアナログ出力とを有する複数の無線周波数変調器であって、前記ディジタル入力が、前記光受信機の前記複数のディジタル出力のうちの1つに連結されている、複数の変調器と、a plurality of radio frequency modulators having digital inputs and analog outputs, the digital inputs being coupled to one of the plurality of digital outputs of the optical receiver;
前記アナログ出力のうちの対応するものに連結されている複数のビーム形成器入力を有するビーム形成器であって、ビーム形成器入力の数が、前記ビーム形成器によって形成される利用者スポットビームの数に等しく、前記ビーム形成器が、複数のビーム形成器出力を更に有する、ビーム形成器と、A beamformer having a plurality of beamformer inputs coupled to corresponding ones of said analog outputs, wherein the number of beamformer inputs is the number of user spot beams formed by said beamformer. a beamformer equal to the number, said beamformer further comprising a plurality of beamformer outputs;
複数のアンテナ素子を有するアンテナアレイであって、それぞれのアンテナ素子が、前記ビーム形成器出力のうちの対応する1つに連結されている入力を有する、アンテナアレイと、を備える、衛星。an antenna array having a plurality of antenna elements, each antenna element having an input coupled to a corresponding one of said beamformer outputs.
複数の無線周波数(RF)出力を有する光受信機と、an optical receiver having multiple radio frequency (RF) outputs;
前記RF出力のうちの対応するものに連結されている複数のビーム形成器入力を有するビーム形成器であって、ビーム形成器入力の数が、前記ビーム形成器によって形成される利用者スポットビームの数に等しく、前記ビーム形成器が、複数のビーム形成器出力を更に有する、ビーム形成器と、A beamformer having a plurality of beamformer inputs coupled to corresponding ones of said RF outputs, wherein the number of beamformer inputs is the number of user spot beams formed by said beamformer. a beamformer equal to the number, said beamformer further comprising a plurality of beamformer outputs;
複数のアンテナ素子を有するアンテナアレイであって、それぞれのアンテナ素子が、前記ビーム形成器出力のうちの対応する1つに連結されている入力を有する、アンテナアレイと、を備える、衛星。an antenna array having a plurality of antenna elements, each antenna element having an input coupled to a corresponding one of said beamformer outputs.
複数のLNAを更に備え、それぞれのLNAが、前記複数の変調器のうちの1つと前記ビーム形成器入力のうちの対応する1つとの間に連結されている、請求項1に記載の衛星。2. The satellite of claim 1, further comprising a plurality of LNAs, each LNA coupled between one of said plurality of modulators and a corresponding one of said beamformer inputs. 前記アンテナ素子のうちの少なくともいくつかのアンテナパターンが重なり合い、その結果、そこから送信された信号が互いの上に重ねられ、ひいてはコヒーレントに合成されて利用者スポットビームを形成することになる、請求項1または2に記載の衛星。Antenna patterns of at least some of said antenna elements overlap such that signals transmitted therefrom are superimposed on top of each other and thus coherently combined to form a user spot beam. 3. A satellite according to item 1 or 2. 利用者スポットビームが、利用者ビームカバレッジエリアよりも実質的に大きい衛星サービスカバレッジエリアの上に分散された利用者ビームカバレッジエリアに向けられている、請求項4に記載の衛星。5. The satellite of claim 4, wherein the user spot beams are directed to a user beam coverage area distributed over a satellite service coverage area substantially larger than the user beam coverage area. 前記光受信機が、入力と複数の出力とを有する光逆多重化装置を含み、それぞれの出力が、対応する光波長と関連付けられている、請求項2または3に記載の衛星。4. A satellite according to claim 2 or 3, wherein the optical receiver comprises an optical demultiplexer having an input and a plurality of outputs, each output associated with a corresponding optical wavelength. 前記光逆多重化装置の前記出力と関連付けられている前記波長が、光帯域にグループ化されている、請求項6に記載の衛星。7. The satellite of claim 6, wherein the wavelengths associated with the outputs of the optical demultiplexers are grouped into optical bands. 同じ光帯域内の波長が、一意の光チャネルを画定する、請求項7に記載の衛星。8. The satellite of claim 7, wherein wavelengths within the same optical band define unique optical channels. 前記光受信機が、前記光受信機の対応するディジタル出力に連結されているディジタル出力をそれぞれ有する複数の衛星受信機用光検知器を含む、請求項1または2に記載の衛星。3. A satellite according to claim 1 or 2, wherein the optical receiver comprises a plurality of satellite receiver photodetectors each having a digital output coupled to a corresponding digital output of the optical receiver. それぞれの衛星受信機用光検知器が光入力を有し、前記ディジタル出力が2つの論理的な状態を有しており、第1の論理的な状態は、第1の強度レベルを上回っている、前記衛星受信機用光検知器の入力に連結されている受信光信号と関連付けられており、第2の論理的な状態は、第2の強度レベルを下回っている前記信号と関連付けられている、請求項9に記載の衛星。Each satellite receiver photodetector has an optical input and the digital output has two logic states, the first logic state being above the first intensity level. , a received optical signal coupled to an input of said satellite receiver photodetector, and a second logical state is associated with said signal being below a second intensity level. 10. A satellite according to claim 9. 前記変調器が2相変調器である、請求項1に記載の衛星。2. The satellite of claim 1, wherein said modulator is a binary phase modulator. 前記変調器がQAM変調器である、請求項1に記載の衛星。2. The satellite of claim 1, wherein said modulator is a QAM modulator. 対応するビーム形成器出力と対応するアンテナ素子入力との間に連結されている少なくとも1つの周波数変換器を更に備える、請求項1または2に記載の衛星。3. The satellite of claim 1 or 2, further comprising at least one frequency converter coupled between corresponding beamformer outputs and corresponding antenna element inputs. 周波数変換器の出力と対応するアンテナ素子入力との間に連結されている電力増幅器を更に備える、請求項13に記載の衛星。14. The satellite of claim 13, further comprising a power amplifier coupled between the output of the frequency converter and the corresponding antenna element input. 複数の光受信機を更に備えており、それぞれが複数の光受信機出力を有し、それぞれの光受信機出力が、対応する変調器のディジタル入力に連結されている、請求項1に記載の衛星。2. The method of claim 1, further comprising a plurality of optical receivers, each having a plurality of optical receiver outputs, each optical receiver output coupled to a corresponding digital input of a modulator. satellite. 追加のビーム形成器と追加の光受信機とを更に備えており、それぞれの追加の光受信機は複数のディジタル出力を有し、前記追加のビーム形成器は、前記追加の光受信機のアナログ出力のうちの対応するものに連結されている複数のビーム形成器入力を有し、ビーム形成器入力の数は、前記ビーム形成器によって形成される利用者スポットビームの数に等しく、前記ビーム形成器は複数のビーム形成器出力を更に有し、それぞれの追加のビーム形成器からのビーム形成器出力の数は、1つの利用者スポットビームを形成するために使用されるビーム素子信号の数に等しい、請求項1に記載の衛星。an additional beamformer and an additional optical receiver, each additional optical receiver having a plurality of digital outputs, the additional beamformer being an analog of the additional optical receiver; a plurality of beamformer inputs coupled to corresponding ones of the outputs, the number of beamformer inputs being equal to the number of user spot beams formed by said beamformer; The device further has a plurality of beamformer outputs, the number of beamformer outputs from each additional beamformer being dependent on the number of beam element signals used to form one user spot beam. 2. A satellite according to claim 1, which is equal. システムにおいて、In the system
複数の光変調器を含む光送信機であって、それぞれの光変調器が無線周波数(RF)入力と光出力とを有する、光送信機と、an optical transmitter including a plurality of optical modulators, each optical modulator having a radio frequency (RF) input and an optical output;
複数の入力を有する光コンバイナであって、それぞれの入力が、前記複数の光変調器のうちの対応する1つの前記光出力に連結されている、光コンバイナと、an optical combiner having a plurality of inputs, each input coupled to the optical output of a corresponding one of the plurality of optical modulators;
レンズと、a lens;
を含む、少なくとも1つの衛星アクセスノード(SAN)と、at least one satellite access node (SAN) comprising
複数の無線周波数(RF)出力を有する光受信機と、an optical receiver having multiple radio frequency (RF) outputs;
前記RF出力のうちの対応するものに連結されている複数のビーム形成器入力を有するビーム形成器であって、ビーム形成器入力の数が、前記ビーム形成器によって形成される利用者スポットビームの数に等しく、前記ビーム形成器が、複数のビーム形成器出力を更に有する、ビーム形成器と、A beamformer having a plurality of beamformer inputs coupled to corresponding ones of said RF outputs, wherein the number of beamformer inputs is the number of user spot beams formed by said beamformer. a beamformer equal to the number, said beamformer further comprising a plurality of beamformer outputs;
複数のアンテナ素子を有するアンテナアレイであって、それぞれのアンテナ素子が、前記ビーム形成器出力のうちの対応する1つに連結されている入力を有する、アンテナアレイと、an antenna array having a plurality of antenna elements, each antenna element having an input coupled to a corresponding one of said beamformer outputs;
を含む衛星と、を備えるシステム。A system comprising a satellite comprising:
前記アンテナ素子のうちの少なくともいくつかのアンテナパターンが重なり合い、その結果、そこから送信された信号が互いの上に重ねられ、ひいてはコヒーレントに合成されて利用者スポットビームを形成することになる、請求項17に記載のシステム。Antenna patterns of at least some of said antenna elements overlap such that signals transmitted therefrom are superimposed on top of each other and thus coherently combined to form a user spot beam. Item 18. The system according to Item 17. 利用者スポットビームが、利用者ビームカバレッジエリアよりも実質的に大きい衛星サービスカバレッジエリアの上に分散された利用者ビームカバレッジエリアに向けられている、請求項18に記載のシステム。19. The system of claim 18, wherein the user spot beams are directed to a user beam coverage area distributed over a satellite service coverage area substantially larger than the user beam coverage area. 複数の光変調器を含む光送信機であって、それぞれの光変調器が電気入力と光出力とを有する、光送信機と、an optical transmitter including a plurality of optical modulators, each optical modulator having an electrical input and an optical output;
複数の入力を有する光コンバイナであって、それぞれの入力が、前記複数の光変調器のうちの対応する1つの前記光出力に連結されている、光コンバイナと、an optical combiner having a plurality of inputs, each input coupled to the optical output of a corresponding one of the plurality of optical modulators;
レンズと、を含む、少なくとも1つの衛星アクセスノード(SAN)と、at least one satellite access node (SAN), including a lens;
前記光送信機から光信号を受信するように構成されている少なくとも1つの光受信機であって、前記光受信機が複数のディジタル出力を有する、少なくとも1つの光受信機と、at least one optical receiver configured to receive an optical signal from said optical transmitter, said optical receiver having a plurality of digital outputs;
ディジタル入力とアナログ出力とを有する複数の電気変調器であって、前記ディジタル入力が、前記光受信機の前記複数のディジタル出力のうちの1つに連結されている、複数の無線周波数(RF)変調器と、A plurality of radio frequency (RF) modulators having digital inputs and analog outputs, wherein the digital inputs are coupled to one of the plurality of digital outputs of the optical receiver. a modulator;
前記アナログ出力のうちの対応するものに連結されている複数のビーム形成器入力を有するビーム形成器であって、ビーム形成器入力の数が、前記ビーム形成器によって形成される利用者スポットビームの数に等しく、前記ビーム形成器が、複数のビーム形成器出力を更に有する、ビーム形成器と、A beamformer having a plurality of beamformer inputs coupled to corresponding ones of said analog outputs, wherein the number of beamformer inputs is the number of user spot beams formed by said beamformer. a beamformer equal to the number, said beamformer further comprising a plurality of beamformer outputs;
複数のアンテナ素子を有するアンテナアレイであって、それぞれのアンテナ素子が、前記ビーム形成器出力のうちの対応する1つに連結されている入力を有する、アンテナアレイと、を含む、衛星と、を備える、衛星通信システム。an antenna array having a plurality of antenna elements, each antenna element having an input coupled to a corresponding one of said beamformer outputs; A satellite communication system.
前記光受信機が、入力と複数の出力とを有する光逆多重化装置を含み、それぞれの出力が、対応する光波長と関連付けられている、請求項19または20に記載のシステム。21. A system according to claim 19 or 20, wherein the optical receiver comprises an optical demultiplexer having an input and a plurality of outputs, each output associated with a corresponding optical wavelength. 前記光逆多重化装置の前記出力と関連付けられている前記波長が、光帯域にグループ化されている、請求項21に記載のシステム。22. The system of claim 21, wherein the wavelengths associated with the outputs of the optical demultiplexers are grouped into optical bands. 前記光受信機が、前記光受信機の対応するRF出力に連結されているRF出力をそれぞれ有する複数の衛星受信機用光検知器を含む、請求項17に記載のシステム。18. The system of claim 17, wherein the optical receiver includes a plurality of satellite receiver photodetectors each having an RF output coupled to a corresponding RF output of the optical receiver. それぞれの光受信機が、前記複数の衛星受信機用光検知器のうちの少なくとも1つの前記入力に連結されている出力を有する操縦可能なレンズを更に含む、請求項23に記載のシステム。24. The system of claim 23, wherein each optical receiver further includes a steerable lens having an output coupled to said input of at least one of said plurality of satellite receiver optical detectors. 前記ビーム形成器出力のうちの対応する1つと前記アンテナ素子入力のうちの対応する1つとの間に連結されている少なくとも1つの周波数変換器を更に備える、請求項17または20に記載のシステム。21. The system of claim 17 or 20, further comprising at least one frequency converter coupled between a corresponding one of said beamformer outputs and a corresponding one of said antenna element inputs. 前記複数の周波数変換器のうちの1つの出力と前記アンテナ素子入力のうちの対応する1つとの間に連結されている電力増幅器を更に備える、請求項25に記載のシステム。26. The system of Claim 25, further comprising a power amplifier coupled between an output of one of said plurality of frequency converters and a corresponding one of said antenna element inputs. 前記アンテナ素子のうちの少なくともいくつかのアンテナパターンが重なり合い、その結果、そこから送信された信号が互いの上に重ねられ、コヒーレントに合成されて利用者スポットビームを形成することになる、請求項20に記載のシステム。4. The antenna patterns of at least some of said antenna elements overlap such that the signals transmitted therefrom are superimposed on top of each other and coherently combined to form a user spot beam. 21. The system according to 20. 前記利用者スポットビームが利用者ビームカバレッジエリアに向けられている、請求項20に記載のシステム。21. The system of claim 20, wherein said user spot beam is directed to a user beam coverage area. 利用者スポットビームが、利用者ビームカバレッジエリアよりも実質的に大きい衛星サービスカバレッジエリアの上に分散された利用者ビームカバレッジエリアに向けられている、請求項28に記載のシステム。29. The system of claim 28, wherein the user spot beams are directed to a user beam coverage area distributed over a satellite service coverage area substantially larger than the user beam coverage area. 前記光受信機が、前記光受信機の対応するディジタル出力に連結されているディジタル出力をそれぞれ有する複数の衛星受信機用光検知器を含む、請求項20に記載のシステム。21. The system of claim 20, wherein the optical receiver includes a plurality of satellite receiver photodetectors each having a digital output coupled to a corresponding digital output of the optical receiver. それぞれの衛星受信機用光検知器が光入力を有し、前記ディジタル出力が2つの論理的な状態を有しており、第1の論理的な状態は、第1の強度レベルを上回っている、前記衛星受信機用光検知器の入力に連結されている受信光信号と関連付けられており、第2の論理的な状態は、第2の強度レベルを下回っている前記信号と関連付けられている、請求項30に記載のシステム。Each satellite receiver photodetector has an optical input and the digital output has two logic states, the first logic state being above the first intensity level. , a received optical signal coupled to an input of said satellite receiver photodetector, and a second logical state is associated with said signal being below a second intensity level. 31. The system of claim 30. 複数の低雑音増幅器(LNA)を更に備え、それぞれが、光受信機出力と対応するビーム形成器入力との間に連結されている、請求項2に記載の衛星。3. The satellite of claim 2, further comprising a plurality of low noise amplifiers (LNAs), each coupled between an optical receiver output and a corresponding beamformer input. 前記衛星受信機用検知器からの前記RF信号出力が、前記衛星受信機用検知器の入力に印加された前記光信号の前記強度を追跡する振幅を有する、請求項2に記載の衛星。3. The satellite of claim 2, wherein said RF signal output from said satellite receiver detector has an amplitude that tracks said intensity of said optical signal applied to said satellite receiver detector input. それぞれの光受信機が、前記複数の衛星受信機用光検知器のうちの少なくとも1つの前記入力に連結されている出力を有する操縦可能なレンズを更に含む、請求項33に記載の衛星。34. The satellite of claim 33, wherein each optical receiver further comprises a steerable lens having an output coupled to said input of at least one of said plurality of satellite receiver optical detectors. 前記操縦可能なレンズが、地上コマンドに応じて少なくとも2つの軸の周りの回転によって位置決めされることができる、請求項34に記載の衛星。35. The satellite of claim 34, wherein the steerable lens is positionable by rotation about at least two axes in response to ground commands. 前記操縦可能なレンズが、オンボード処理に応じて少なくとも2つの軸の周りの回転によって位置決めされることができる、請求項34に記載の衛星。35. The satellite of Claim 34, wherein said steerable lens is positionable by rotation about at least two axes in response to on-board processing. 前記衛星受信機用光検知器がフォトダイオードである、請求項33に記載の衛星。34. The satellite of claim 33, wherein said satellite receiver photodetector is a photodiode. 複数の光受信機を更に備えており、それぞれが複数の光受信機出力を有し、それぞれの光受信機出力が、ビーム形成器入力に連結されている、請求項2に記載の衛星。3. The satellite of claim 2, further comprising a plurality of optical receivers, each having a plurality of optical receiver outputs, each optical receiver output coupled to a beamformer input. 衛星通信システムの衛星を介して情報を送信する方法であって、A method of transmitting information via a satellite in a satellite communication system comprising:
衛星内で光信号を受信する工程と、receiving an optical signal within a satellite;
前記光信号を逆多重化し、複数の逆多重化された光信号を出力する工程であって、前記複数の逆多重化された光信号のそれぞれが、一意の光チャネル内で波長を有する、工程と、Demultiplexing the optical signals to output a plurality of demultiplexed optical signals, each of the plurality of demultiplexed optical signals having a wavelength within a unique optical channel. and,
複数のアナログ電気信号を生成する工程であって、それぞれが、前記逆多重化された光信号のうちの1つの光強度に応じて決定される振幅を有する、工程と、generating a plurality of analog electrical signals, each having an amplitude determined according to the optical intensity of one of the demultiplexed optical signals;
前記複数のアナログ電気信号を前記衛星に搭載されたビーム形成器に印加する工程と、applying the plurality of analog electrical signals to a beamformer on board the satellite;
前記ビーム形成器からビーム素子信号を受信する工程と、receiving beam element signals from the beamformer;
前記ビーム素子信号が互いと重なると利用者スポットビームを形成するように、アンテナアレイから前記ビーム素子信号を送信する工程と、を含む、方法。and C. transmitting said beam element signals from an antenna array such that said beam element signals form user spot beams when they overlap each other.
前記ビーム形成器内でコマンドを受信してビーム素子信号を生成する工程を更に含み、前記ビーム素子信号のそれぞれが、衛星アクセスノード(SAN)と前記衛星との間の前記光リンクの前記品質に基づいて第1の利用者ビームカバレッジエリアに向けられた利用者スポットビームを形成するようにビーム加重される、請求項39に記載の方法。receiving commands in the beamformer to generate beam element signals, each of the beam element signals being responsive to the quality of the optical link between a satellite access node (SAN) and the satellite; 40. The method of claim 39, wherein the beams are weighted to form user spot beams directed to the first user beam coverage area based on. 前記受信されたコマンドが、ビーム素子信号を生成するためのコマンドを含み、前記ビーム素子信号のそれぞれが、第1の期間中には第1の利用者ビームカバレッジエリアに向けられた利用者スポットビームを形成するように、第2の期間中には第2の利用者ビームカバレッジエリアに向けられた利用者スポットビームを形成するように、ビーム加重される、請求項40に記載の方法。wherein the received commands include commands to generate beam element signals, each of the beam element signals being user spot beams directed to a first user beam coverage area during a first period of time; 41. The method of claim 40, wherein the beam is weighted to form a user spot beam directed to a second user beam coverage area during the second time period to form a . 前記ビーム素子信号を送信前に増幅する工程を更に含む、請求項39に記載の方法。40. The method of Claim 39, further comprising amplifying the beam element signals prior to transmission. 複数のアンテナ出力を有するアンテナと、an antenna having multiple antenna outputs;
複数の周波数変換器であって、それぞれが、前記複数のアンテナ出力のうちの対応する1つに連結されている、複数の周波数変換器と、a plurality of frequency converters, each coupled to a corresponding one of the plurality of antenna outputs;
複数のビーム形成器入力及びビーム形成器出力を有するビーム形成器であって、それぞれのビーム形成器入力が、前記周波数変換器のうちの対応する1つに連結されている、ビーム形成器と、a beamformer having a plurality of beamformer inputs and beamformer outputs, each beamformer input coupled to a corresponding one of said frequency converters;
複数の無線周波数(RF)復調器であって、それぞれが、対応するビーム形成器出力からRF信号を受信するように構成されているRF復調器入力を有し、かつ、ディジタルデータストリームを出力するように構成されている、複数のRF復調器と、A plurality of radio frequency (RF) demodulators, each having an RF demodulator input configured to receive an RF signal from a corresponding beamformer output and outputting a digital data stream a plurality of RF demodulators configured to;
それぞれが前記RF復調器のうちの対応する1つの出力に連結されている、複数のディジタル入力を有し、かつ、前記ディジタルデータストリームが上に変調されている多重化された光チャネルを有する光信号を出力するように構成されている光出力を有する、光送信機と、を備える、衛星。Optical having multiplexed optical channels having a plurality of digital inputs, each coupled to the output of a corresponding one of said RF demodulators, and onto which said digital data stream is modulated an optical transmitter having an optical output configured to output a signal.
前記RF復調器がバイナリ復調器である、請求項43に記載の衛星。44. The satellite of claim 43, wherein said RF demodulator is a binary demodulator. 前記RF復調器がQAM復調器である、請求項43に記載の衛星。44. The satellite of claim 43, wherein said RF demodulator is a QAM demodulator. 複数のアンテナ出力を有するアンテナと、an antenna having multiple antenna outputs;
複数の周波数変換器であって、それぞれが、前記アンテナ出力のうちの対応する1つに連結されている変換器入力を有し、かつ、変換器出力を有する、複数の周波数変換器と、a plurality of frequency converters, each having a converter input coupled to a corresponding one of said antenna outputs and having a converter output;
複数のビーム形成器入力及びビーム形成器出力を有するビーム形成器であって、前記ビーム形成器入力のそれぞれが、前記複数の周波数変換器のうちの1つの対応する出力に連結されている、ビーム形成器と、A beamformer having a plurality of beamformer inputs and beamformer outputs, wherein each of said beamformer inputs is coupled to a corresponding output of one of said plurality of frequency converters. a former;
それぞれが対応するビーム形成器出力に連結されている、複数の無線周波数(RF)入力を有し、かつ、光出力を有する、光送信機であって、前記光出力が、前記RF入力に連結されている信号によって変調されている多重化された光チャネルを有する光信号を出力するように構成されている、光送信機と、を備える、衛星。An optical transmitter having a plurality of radio frequency (RF) inputs each coupled to a corresponding beamformer output and having an optical output, the optical output coupled to the RF input an optical transmitter configured to output an optical signal having multiplexed optical channels modulated by the signal being transmitted.
複数のアンテナ出力を有するアンテナと、an antenna having multiple antenna outputs;
複数の周波数変換器であって、それぞれが、前記複数のアンテナ出力のうちの対応する1つに連結されている、複数の周波数変換器と、a plurality of frequency converters, each coupled to a corresponding one of the plurality of antenna outputs;
複数のビーム形成器入力及びビーム形成器出力を有するビーム形成器であって、それぞれのビーム形成器入力が、前記周波数変換器のうちの対応する1つに連結されている、ビーム形成器と、a beamformer having a plurality of beamformer inputs and beamformer outputs, each beamformer input coupled to a corresponding one of said frequency converters;
複数の無線周波数(RF)復調器であって、それぞれが、対応するビーム形成器出力からRF信号を受信するように構成されているRF復調器入力を有し、かつ、ディジタルデータストリームを出力するように構成されている、複数のRF復調器と、A plurality of radio frequency (RF) demodulators, each having an RF demodulator input configured to receive an RF signal from a corresponding beamformer output and outputting a digital data stream a plurality of RF demodulators configured to;
それぞれが前記RF復調器のうちの対応する1つの出力に連結されている、複数のディジタル入力を有し、かつ、前記ディジタルデータストリームが上に変調されている多重化された光チャネルを有する光信号を出力するように構成されている光出力を有する、光送信機と、を含む、衛星とOptical having multiplexed optical channels having a plurality of digital inputs, each coupled to the output of a corresponding one of said RF demodulators, and onto which said digital data stream is modulated an optical transmitter having an optical output configured to output a signal; and a satellite.
光信号を前記衛星から受信するように構成されている操縦可能な光学レンズと、a steerable optical lens configured to receive optical signals from the satellite;
前記光信号を前記光学レンズから受信するように連結されている逆多重化装置入力と、前記光信号から逆多重化された光チャネルを出力するように構成されている複数の逆多重化装置出力と、を有する光逆多重化装置と、a demultiplexer input coupled to receive the optical signal from the optical lens; and a plurality of demultiplexer outputs configured to output optical channels demultiplexed from the optical signal. and an optical demultiplexer having
複数の光検知器であって、それぞれの光検知器が、前記逆多重化装置出力のうちの対応する1つに連結されており、前記光検知器が検知器出力を有する、複数の光検知器と、を含む、衛星アクセスノード(SAN)と、を備える、衛星通信システム。A plurality of photodetectors, each photodetector coupled to a corresponding one of said demultiplexer outputs, said photodetector having a detector output. a satellite access node (SAN) comprising: a satellite access node (SAN);
前記検知器出力が、ディジタルデータストリームを出力するように構成されている、請求項47に記載の衛星通信システム。48. The satellite communication system of Claim 47, wherein said detector output is configured to output a digital data stream. 前記検知器出力が、RF信号を出力するように構成されており、前記RF信号の振幅が、前記逆多重化装置出力のうちの前記対応する1つから前記検知器に連結されている信号の強度に比例する、請求項47に記載の衛星通信システム。wherein the detector output is configured to output an RF signal, the amplitude of the RF signal being equal to the amplitude of the signal coupled to the detector from the corresponding one of the demultiplexer outputs; 48. A satellite communication system according to claim 47, proportional to intensity. 複数のアンテナ出力を有するアンテナと、an antenna having multiple antenna outputs;
複数の周波数変換器であって、それぞれが、前記アンテナ出力のうちの対応する1つに連結されている変換器入力を有し、かつ、変換器出力を有する、複数の周波数変換器と、a plurality of frequency converters, each having a converter input coupled to a corresponding one of said antenna outputs and having a converter output;
複数のビーム形成器入力及びビーム形成器出力を有するビーム形成器であって、前記ビーム形成器入力のそれぞれが、前記複数の周波数変換器のうちの1つの対応する出力に連結されている、ビーム形成器と、A beamformer having a plurality of beamformer inputs and beamformer outputs, wherein each of said beamformer inputs is coupled to a corresponding output of one of said plurality of frequency converters. a former;
それぞれが対応するビーム形成器出力に連結されている、複数の無線周波数(RF)入力を有し、かつ、光出力を有する、光送信機であって、前記光出力が、前記RF入力に連結されている信号によって変調されている多重化された光チャネルを有する光信号を出力するように構成されている、光送信機と、を含む、衛星と、An optical transmitter having a plurality of radio frequency (RF) inputs each coupled to a corresponding beamformer output and having an optical output, the optical output coupled to the RF input an optical transmitter configured to output an optical signal having multiplexed optical channels modulated by the signal being transmitted;
光信号を前記衛星から受信するように構成されている操縦可能な光学レンズと、a steerable optical lens configured to receive optical signals from the satellite;
前記光信号を前記光学レンズから受信するように連結されている逆多重化装置入力と、前記光信号から逆多重化された光チャネルを出力するように構成されている複数の逆多重化装置出力と、を有する光逆多重化装置と、a demultiplexer input coupled to receive the optical signal from the optical lens; and a plurality of demultiplexer outputs configured to output optical channels demultiplexed from the optical signal. and an optical demultiplexer having
複数の光検知器であって、それぞれの光検知器が、前記逆多重化装置出力のうちの対応する1つに連結されており、前記光検知器が検知器出力を有する、複数の光検知器と、を含む、衛星アクセスノード(SAN)と、を備える、衛星通信システム。A plurality of photodetectors, each photodetector coupled to a corresponding one of said demultiplexer outputs, said photodetector having a detector output. a satellite access node (SAN) comprising: a satellite access node (SAN);
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